Fraunhofer-Institut Für Biomedizinische Technik IBMT Jahresbericht 2005

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Tierische Zellen und Zellfilamente auf nanostrukturiertem Substrat. (Foto: H. Zimmermann)

Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik IBMT

Jahresbericht 2005

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Vorwort

Die Jahresberichte der Fraunhofer-Insti- Kommentare und Anregungen würden tute verfolgen mehrere Ziele. Sie die- wir uns freuen. nen einmal der Fraunhofer-Gesellschaft und den übergeordneten staatlichen Traditionell steht die Einleitung dem Stellen als jährlicher Beleg der geleiste- Institutsdirektor zur Verfügung. Neben ten Forschungs- und Entwicklungsar- der Aufgabe der Einführung bietet sich beiten in übersichtlicher und aufgear- die Gelegenheit, allgemeine Gesichts- beiteter Form. Darüber hinaus sind sie punkte zum Fachgebiet und den aber auch Akquisitions- und Werbe- Geschäftsbereichen des Instituts anzu- mittel der Institute. Aus den Projektsta- sprechen. In der Regel sind das neue tistiken des IBMT geht hervor, dass zu Forschungs- und Entwicklungsfelder einem nicht unerheblichen Prozentsatz oder aber besondere Leistungen. Bei- neue Kunden, wissenschaftliche Part- des ist zu verzeichnen, wie die Arbeits- ner oder zukünftige Mitarbeiter über gruppenbeschreibungen, verliehenen die Jahresberichte erreicht und Projekte Preise und Auszeichnungen belegen. initiiert wurden.

Institutsleiter Prof. Dr. Günter Rolf Fuhr. Das Fraunhofer-Institut für Biomedizini- Im Jahr 2005 sind mehr als 300 Projek- sche Technik ist eines von fünf Institu- te in den Institutsteilen des IBMT in St. ten, die sich im Life Science Verbund Ingbert, Potsdam, Berlin, Lübeck und der Fraunhofer-Gesellschaft gruppiert Shenzhen (China) bearbeitet worden. haben. Um Überlappungen zu vermei- Berichterstattungen, die nicht in allen den, schärfen die Institute seit mehr als Forschungseinrichtungen mit Enthusi- vier Jahren ihre spezifischen For- asmus angefertigt werden, sind am schungs- und Entwicklungsprofile in IBMT seit Jahren nicht unbeliebt, weil interner Absprache. Ansprechpartner sie in der vorliegenden Form von für Auftraggeber aus Industrie, Politik jedem Mitarbeiter repräsentativ im und Wissenschaft sind und können Forschungs- und Entwicklungsalltag jedoch nur die Institute selbst sein. Im genutzt werden können. Hinzu kommt Namen der Institute drückt sich mar- für viele Mitarbeiter der Vorteil, laufen- kant die wissenschaftliche Ausrichtung de Arbeiten bereits berücksichtigt und und das vom Vorstand zugedachte eingebettet in die Gesamtjahresleis- Feld der Kernkompetenzen aus. Um tung des Instituts gegenüber Dritten diese herum entwickeln sich in freier präsentieren zu können. und über die Jahre ändernder Form weitere Forschungs- und Geschäftsfel- Über die Jahrzehnte haben wir das der. Es gehört zur fairen und beför- Design und die Inhalte variiert und in dernden Konkurrenz der Institute diesem Jahr ein sehr kompaktes Heft untereinander, dass alle Institute prinzi- zusammengestellt. Hilfreich in diesem piell jedes Projekt, in welchem Wis- Prozess der Optimierung ist die Mög- sensgebiet es auch immer angesiedelt lichkeit zum internen Vergleich der ist, annehmen und bearbeiten können, Jahresberichte mit nunmehr 58 Institu- wenn sie sich apparativ und fachlich ten der Fraunhofer-Gesellschaft, die zur Lösung des Problems in der Lage nach einem einheitlichen Design, fühlen. Ungeachtet dessen kann davon jedoch mit individuellen Freiheitsgra- ausgegangen werden, dass im Kernbe- den jährlich ein eindrucksvolles reich die jeweils so benannten Institute Gesamtbild dieser Gesellschaft der über die größte Projekterfahrung und angewandten Forschung zeichnen. Kompetenz in der Fraunhofer-Gesell- Wir hoffen, auch in diesem Jahr eine schaft verfügen. gelungene Mischung aus Wissen- schaft, Technik und den medizinischen Anwendungen der Biowissenschaften zusammengestellt zu haben. Über

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Die Besonderheit und Kernkompetenz Arbeitsplätze gehalten werden müssen nachgestaltete künstliche Oberflächen des Fraunhofer IBMT ist die Biomedi- und über Neugründungen von Firmen zur In-vitro-Differenzierung von Zellen zintechnik. Auch wenn dieser Begriff Beschäftigung auf hohem technischen anzubieten. Da Zellen im Organismus im deutschsprachigen Raum nicht ein- Niveau generiert werden kann, wie wir zumeist in Kontakt zu einer biologi- heitlich verwendet wird, verstehen die es am IBMT in den letzten Jahren in schen Matrix oder anderen Zellen ste- meisten darunter den medizinischen einer Reihe von Ausgründungen hen, sollte die Oberfläche mit einer Gerätebau, die Entwicklung neuer Ver- bewiesen haben. Vielzahl hochspezifischer Makromo- fahren und Behandlungsweisen für die leküle neben den löslichen Phasen von Medizin und Pharmazie sowie die Die molekularbiologische Forschung Bedeutung sein, so der grundsätzliche angewandte Forschung und Entwick- ließ in den letzten zwei Jahrzehnten Ansatz. In Zusammenarbeit mit dem lung der molekularen und zellulären einen ganzen Wirtschaftszweig entste- Institut Pasteur, der Universität in Biotechnologie. Seit beinahe 20 Jahren hen. In ähnlicher Weise zieht nun die Wien, mehrerer Gruppen an der Saar- wird am IBMT in einer zunehmenden Zellbiologie mit Anwendungen im Tis- ländischen Universität, aber auch in Zahl von Arbeitsgruppen Medizintech- sue Engineering, vor allem aber der unserer neuen Arbeitsgruppe an der nik, Biotechnologie und Bioinformatik Vorbereitung von Zelltherapien für die Universität zu Lübeck haben wir in die- betrieben. Das Institut ist zum führen- Regenerative Medizin nach. Auch im sem Jahr zeigen können, dass sogar den biomedizinischen Technologie- Jahre 2005 sind erhebliche Fortschritte allein über funktional auf Oberflächen und Geräteentwickler der Fraunhofer- im Verständnis und der Handhabung immobilisierte Zellmoleküle Zelldiffe- Gesellschaft aufgestiegen, mit nationa- von Stammzellen zu verzeichnen. Wel- renzierungen vergleichbar denen der ler und internationaler Ausstrahlung cher Zelltyp der aussichtsreichste ist, gegenwärtig fast ausschließlich prakti- und Wertschätzung. Darauf sind wir ob die Differenzierungspotenz adulter zierten löslichen Applikation von Diffe- und können alle Mitarbeiter dieser Ein- Stammzellen der embryonaler ent- renzierungscocktails möglich sind. Dies richtung stolz sein. spricht, oder ob diese Frage so über- ist ein markanter Schritt hin zur Ent- haupt gestellt werden kann, blieb wicklung neuer Gerätesysteme für die Eine der Gründungsabteilungen ist der offen. Die Redifferenzierung von Zellen sanfte und hochparallele Zellhandha- Ultraschall. Mit vier Arbeitsgruppen scheint ein weiterer Weg zur Gewin- bung, wie sie für die Medizin, Biotech- und einer Personalstärke von ca. 33 nung von Zellpopulationen zu sein, die nologie und Pharmabranche immer Mitarbeitern stellt er in der Fraunhofer- über die Fähigkeit verfügen, in Zellty- bedeutungsvoller werden. Gesellschaft und wahrscheinlich in der pen zu differenzieren, die nach einer Forschungslandschaft Deutschlands Gewebeschädigung zur selbstorgani- Auch die Ergebnisse im Zusammen- derzeit die größte Ultraschall-Entwick- sierten Reparatur einsetzbar sind. Am hang mit den Stammzellisolaten aus lungskapazität überhaupt dar. Bedenkt IBMT wird derzeit in fünf öffentlich exokrinem Drüsengewebe sind bemer- man, dass wesentliche Impulse aus geförderten Forschungsprojekten an kenswert. Eine Vielzahl sehr stabiler Theorie und Praxis, vornehmlich für adulten Stammzellen geforscht. Ganz (bis zur 150sten Passage geführter) medizinische Anwendungen des Ultra- ohne Zweifel wäre die Beherrschung Kulturen liegen inzwischen vor. Hinzu schalls, von Deutschland ausgingen, so des Differenzierungs- und Gewebebil- kommen unzählige Linien geklonter beunruhigt die bundesweit stetig dungsverhaltens von Zellen der natür- Zellen, deren Eigenschaften die Erwar- abnehmende Forschungskapazität in lichste Weg zur Reparatur von Defek- tungen, die wir in diesen Stammzelltyp diesem nachgefragten Technologiebe- ten und der gesteuerten Formation gesetzt haben, voll bestätigen. Hervor- reich. Wie die Digital Phased Array- von Gewebekonstrukten. zuheben sind die für diesen Zelltyp Technik und die Transducerentwicklung bemerkenswert guten Vermehrungsei- der letzten Jahre am IBMT zeigt, ist die Im Rahmen des Integrierten Projektes genschaften, die Neigung zur Gewebe- Ultraschallnutzung bei weitem noch »CellPROM« der Europäischen Union bildung und eine ausgezeichnete Kryo- nicht an einem Endpunkt angekom- verfolgen wir seit 18 Monaten den konservierbarkeit. In Lübeck und Sulz- men. Darauf hinzuweisen liegt mir Ansatz, biologischen Zelloberflächen bach konnte eine bereits weltweit besonders am Herzen, da bundes- wie nachgefragte Stammzellprobensamm- europaweit nur noch wenige ultra- lung mit Isolaten aus verschiedenen schallorientierte Forschungsprogram- Tierarten sowie klinischen Quellen me laufen. Ungeachtet dessen ist die angelegt werden. Dabei handelt es industrielle Nachfrage kontinuierlich sich um Bioressourcen, wie sie gegen- steigend. Das IBMT arbeitet hier wärtig in sehr vielen Ländern der Welt bewusst azyklisch, verankert in dem etabliert werden. Zellbanken werden Wissen, dass gerade in diesem Feld nicht nur in Europa, sondern auch in

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den USA, vor allem aber in China, Japan Die Mischung aus wissenschaftlicher und Korea im Rahmen nationaler Pro- und wirtschaftlicher Organisation und gramme installiert. Wir verzeichnen Führung der Fraunhofer-Institute seit zwei Jahren einen exponentiellen bewährt sich. Geforscht und ent- Anstieg der Gründung von Zellbanken, wickelt wird ziel- und marktorientiert insbesondere Stammzellbanken. sowie unter dem Aspekt der kontinuierlichen Erweiterung der Erfahrungen Dementsprechend hat sich auch das und Sammlung von Problemlösungen. Forschungs- und Entwicklungsfeld der Wir hoffen, dass unsere Partner und Tieftemperaturkonservierung von Zel- Kunden mit den Leistungen des IBMT len, die Kryotechnologie, im Jahre zufrieden waren. Über jeden Folgeauf- 2005 sehr gut entwickelt. In direktem trag und neue Ideen freuen wir uns. Industrieauftrag werden Einfrier-/Auf- Nehmen Sie über die genannten taugeräte, Kryoboxen für den Labor- Adressen Kontakt zu den Mitarbeite- einsatz und Entnahmetürme für Kryo- rinnen und Mitarbeitern des Institutes tanks entwickelt. Ausgehend von der auf, wir erwarten Ihre Aufträge. in Sulzbach laufenden Kryoforschungs- und -demonstrationsbank liegen Auf- Zum Schluss möchte ich unseren Part- träge zum Design und der Begleitung nern im Jahr 2005 für ihr Vertrauen des Baus von Kryobanken vor, weitere und den Mitarbeiterinnen und Mitar- sind derzeit in Verhandlung. beitern in allen Bereichen des Institutes, von den Fachabteilungen bis hin zur Analog entwickeln sich die Biochip- Verwaltung, für die geleistete Arbeit technologien am Standort danken. Es war ein erfolgreiches und Potsdam/Berlin. Frühzeitig hat das interessantes Jahr, in dem wir neben IBMT erkannt, dass Biotechnologiefor- den absolvierten Projekten die Grund- schung für Deutschland eine Technolo- lage für das kommende Jahr gelegt giepriorität sichern kann. Weg und haben. Aufwand sind jedoch umfangreicher, als von Vielen angenommen wurde. Es handelt sich um wissenschaftliches wie technologisches Neuland und die Kom- bination interdisziplinärer Hochtechno- logien. Ganz ohne Zweifel findet ein globaler Wettlauf im Feld der Biowis- senschaften/Biotechnologie mit nachhaltigen Auswirkungen auf alle Indus- St. Ingbert, den 1. Dezember 2005 trienationen statt. Die zukünftige Prof. Dr. Günter R. Fuhr industrielle Beteiligung und der Gewinn eines jeden Landes wird über das Know-how und den Schutz der Tech- nologien entschieden werden. Die Fraunhofer-Gesellschaft und im Beson- deren das IBMT investieren deshalb in erheblichem Maße in weltweite Patent- anmeldungen. Auch diese Gelder werden über die Projektarbeit erwirtschaftet und fließen den Instituten nicht in Form der dreißigprozentigen Grundförderung zu.

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Biomedizinische Grundlagenforschung

Biophysik/-chemie Kryokonservierung Molekulare Biochips Nanotechnologie Regenerative Medizin Stammzellforschung Mikrosystemtechnik In-vitro-Zellmanipulation/-differenzierung Kryotechnologie Biokompatibilität Bioinformatik Biotechnologie Implantate Materialwissenschaft

Medizininstrumente Geräte- & Anlagenbau

Medizintechnik

Abbildung: Forschungs- und Geschäftsfelder des IBMT.

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Inhalt

Vorwort 2

Das Institut im Profil 8 Ziele 10 Kurzporträt mit Organigramm 11 Organisation und Ansprechpartner 12 Arbeitsschwerpunkte 14 Neubau des Institutsteils in Golm (Potsdam) 15 Laborausbau in St. Ingbert 17 Kompetenzen und Anwendungen 18 Kuratorium 18 Wissenschaftliche Ereignisse des Jahres 19 Zukunftsfeld Nanobiotechnologie 26

Das Forschungs- und Dienstleistungsangebot 30 Institutsspezifische Angebote zur Vertragsforschung 31 Verträge und Patentvereinbarungen 33 Kunden 33 Innovationskatalog 34 Kontakt und weitere Informationen 37

Das Institut in Zahlen 38 Mitarbeiterentwicklung 39 Betriebshaushalt 39 Vertragsforschung mit der Wirtschaft 39

Die Fraunhofer-Gesellschaft auf einen Blick 40 Gesamtkompetenz im Überblick 41 Forschungsfelder 42 Zielgruppen 42 Leistungsangebot 42 Vorteile der Vertragsforschung 42

Ausgewählte Forschungsergebnisse und Anwendungen 43

Mikrosysteme/Lasermedizin 44 Intelligente Zahnkrone mit integriertem Mikrosystem zur Closed-Loop-Stimulation der Speichelsekretion 48

Biohybride Systeme 52 Zellchip-basierter Virusnachweis 56

Medizintechnik & Neuroprothetik 60 Mikrofäden-Elektroden als bidirektionale Schnittstelle zum peripheren Nerven 63

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Molekulare Bioanalytik & Bioelektronik 66 Peptidchip zum Epitopmapping 70

Zelluläre Biotechnologie & Biochips 74 CCCryo – Culture Collection of Cryophilic Algae. Arktische Schnee- und Bodenalgen als einzigartige Bioressource 78

Kryobiophysik & Kryotechnologie 84 Tieftemperaturdatenspeicher für die Kryobanken der Zukunft 88

Zelldifferenzierung & Zelltechnologie 92 Langzeitkulturen pankreatischer Stamm-/Progenitorzellen 95

Ultraschall 98 SonoPilot®-thermo – Ein integriertes System zur Navigation und Kontrolle thermischer Therapien mittels Ultraschall 102

Medizin-Telematik 106 Die Home Care- und Telemedizinplattform TOPCARE – Telematiktechnologie des IBMT hilft Malariapatienten in Südamerika 109

Computerunterstützte Simulationen 112 Multiphysik-Simulationen 115

Biomedizinische Kompetenzzentren 118 Kompetenzzentren für Biomedizintechnik am IBMT 121

Faktenteil 124

Namen, Daten, Ereignisse 125 Internationale Gäste: Wissenschaftler, Stipendiaten, Gastdozenten 125 Messe- und Veranstaltungsspiegel 126

Wissenschaftliche Veröffentlichungen 127 Diplomarbeiten und Promotionen 127 Publikationen/Vorträge 128 Patente 140

Impressum 144

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Das Institut im Profil

Mutterinstitut in St. Ingbert

– Ziele – Kurzporträt – Organisation und Ansprechpartner – Arbeitsschwerpunkte – Neubau des Institutsteils in Golm (Potsdam) – Laborausbau in St. Ingbert – Kompetenzen und Anwendungen – Kuratorium – Wissenschaftliche Ereignisse des Jahres – Zukunftsfeld Nanobiotechnologie

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St. Ingbert Sulzbach

Nuthetal

Humboldt-Universität zu Berlin Neubau Golm/Potsdam

Lübeck Shenzhen, China

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Das Institut im Profil

Ziele

Das Fraunhofer-Institut für Biomedizini- Stammzellen für die regenerative sche Technik (IBMT) ist eines der fünf Medizin. Der Technologie-Transfer aus Institute des Life Science-Verbunds der der Grundlagenforschung wird entlang Fraunhofer-Gesellschaft und konzen- der Innovationsschiene über die wis- triert sich vornehmlich auf die Techno- senschaftlich-technische Beratung, logieentwicklung. Seit seiner Grün- Machbarkeitsstudie, Prototypentwick- dung im Jahre 1987 ist das Fraunhofer lung, Feldtests bis hin zur Fertigungs- IBMT Partner der Wirtschaft bei der technologie realisiert. Ausgründungen Bearbeitung von Aufgabenstellungen des IBMT übernehmen bei Bedarf die in den Gebieten Biomedizin-/Medizin- Systemfertigung als Service-Leistung, technik, Lasermedizin, Biotechnologie, so dass eine schnellstmögliche Umset- Gesundheitstelematik, Umwelttechnik, zung der Wünsche unserer Kunden bis Laborentwicklung, Kryotechnologie, hin zum Markt gegeben ist. Weitere Materialprüftechnik, Haus-, Klima- und Geschäftsfelder stellen die Beratung Sicherheitstechnik sowie industrielle von Venture Capital (VC)-Gesellschaf- Prozessautomatisierung und In-Line-/ ten, die Erarbeitung von Studien und On-Line-Prozessüberwachung, insbe- Gutachten sowie die Begleitung von sondere für die Nahrungsmittel-, che- Start-Up-Unternehmen dar. Das IBMT mische und pharmazeutische Industrie. ist in fünf Regionen (Saarland, Berlin, Das Institut unterstützt den »gelebten« Brandenburg, Schleswig-Holstein, Technologie-Transfer in die Medizin Shenzhen (China)) tätig und erfüllt und Biotechnologie und in die unter- somit in diesen Regionen übergeord- schiedlichsten Bereiche der produzie- nete Aufgaben bei der regionalen renden Industrie und wissensintensiven Umstrukturierung mit globaler Orien- Dienstleistung. Kernkompetenzen sind: tierung und Schaffung neuer regiona- Nicht- bzw. Minimalinvasivität, Minia- ler Arbeitsmarktpotenziale. turisierung, Ankopplung technischer Mikrosysteme an biologische Mikrosys- teme (Biohybrid-Systeme, Molekulare Bioanalytik, Neuroprothetik), molekulare und zelluläre Biotechnologie, Nano(bio)technologie, Kryotechnolo- gie, Biokompatibilität, Ultraschall-Tech- nik, Sensor-Fertigungstechnik, magnetische Resonanz, telemetrische Daten- und Energieübertragung, multilokale Sensorik verbunden durch Kommuni- kationstechnik sowie telematische Systeme. Schwerpunkte sind Anwen- dungen in der medizinischen Diagnos- tik, Therapie und Therapiekontrolle sowie diesen Themen analoge Fra- gestellungen aus industriellen Berei- chen. Wesentliche neue Schwerpunkt- felder bilden die Methoden und Tech- nologien zur industriellen Umsetzung der molekularen und zellulären Bio- technologie und die Kryotechnologie zur Lagerung lebender Proben bei tiefen Temperaturen sowie die Isolation, Kultivierung und Differenzierung von

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Kurzporträt

Mit der Gründung des Instituts für Bio- Biomedical Microdevices (MEDICS). Mit Dr. Frank Bier (Lehrstuhl für Ange- medizinische Technik bzw. eines Vor- Wirkung vom 1.10.1998 wurde unter wandte Bioelektronik und Biochip- läufers im Jahre 1987 verfolgte die der Leitung von Prof. Dr. Nai-Teng Yu Technologie), ist das Institut an die Fraunhofer-Gesellschaft das Ziel, natur- (The Hong Kong University of Science Potsdamer Universität angebunden. und ingenieurwissenschaftliche For- and Technology, HKUST) die IBMT- Eine Professur für Biomedizinische schung, moderne Technik und Techno- Repräsentanz China in Shenzhen, Technik verbindet das IBMT mit der logie-Transfer im Bereich der klinischen Guandong ins Leben gerufen (FTeCS), Hochschule für Technik und Wirtschaft Forschung im Saarland in Zusammen- die als weiterer Bestandteil des IBMT- (HTW) des Saarlandes. Über eine Pro- arbeit mit den Universitätskliniken in Netzwerkes die Verbindungen zu Pro- fessur für Mikrosystemtechnik und Homburg/Saar voranzutreiben. Das vinzregierungen und Industrie in China Lasermedizin ist das IBMT über einen Gründungsinstitut hat seinen Sitz in aufbaut. Im Jahre 2000 wurden die zweiten Lehrstuhl, besetzt durch St. Ingbert (Saarland) und wird seit dem China-Aktivitäten durch das Fraunho- Professor Dr. Karsten König, mit dem 1. April 2001 von Prof. Dr. Günter fer-IBMT Technology Center in Xiamen Fachbereich für Physik und Mecha- Rolf Fuhr geleitet, der zum gleichen (FTeCX) abgerundet. tronik der Universität des Saarlandes Datum einen Ruf auf den Lehrstuhl für verbunden. Zusätzlich beherbergte das Biotechnologie und Medizintechnik an Am 1. April 2001 fand der altersbe- Institut 12 Gastwissenschaftler und der Medizinischen Fakultät der Univer- dingte Wechsel in der Leitung des eine Juniorprofessur mit Anbindung an sität des Saarlandes annahm. Sein Vor- Fraunhofer IBMT statt. Professor Fuhr die Universität des Saarlandes. gänger, Prof. Dr. Klaus Gersonde, ist Biophysiker und wechselte von der folgte 1987 einem Ruf auf den neu Humboldt-Universität zu Berlin (Lehr- Das Institut ist entsprechend seinen eingerichteten Lehrstuhl für Medizin- stuhl für Membranphysiologie seit Arbeitsgebieten in sieben Abteilungen technik im Fachbereich Klinische Medi- 1993 bei paralleler Vertretung des gegliedert: Mikrosysteme/Lasermedi- zin der Medizinischen Fakultät der Uni- Lehrstuhls für Experimentelle Biophysik zin, Biohybride Systeme, Kryobiophysik versität des Saarlandes und übernahm seit 2000) in die Fraunhofer-Gesell- & Kryotechnologie, Molekulare Bioana- zugleich als Ko-Direktor des Fraunho- schaft und an die Universität des Saar- lytik & Bioelektronik, Zelluläre Biotech- fer-Instituts für Zerstörungsfreie Prüf- landes. Er ist wie auch sein Amtsvor- nologie & Biochips, Ultraschall sowie verfahren (IZFP) die Leitung des Vorläu- gänger neben der Mitgliedschaft in der das Fraunhofer-IBMT Technology Cen- fers des IBMT, der Hauptabteilung Medizinischen Fakultät kooptiertes ter Shenzhen & Xiamen (China). Die Medizintechnik in St. Ingbert, die sich Mitglied der Fakultät Physik und Abteilungen werden als eigenständige dann aufgrund einer stetigen Entwick- Mechatronik sowie Mitglied des Zen- »Profit«- und »Cost«-Zentren geführt. lung 1992 als selbständiges Fraunho- trums für Bioinformatik sowie koop- Neben den Abteilungen sind unabhän- fer-Institut für Biomedizinische Technik tiertes Mitglied der Humboldt-Univer- gige Arbeitsgruppen installiert, die sich (IBMT) etablierte. Im Jahre 1994 wurde sität zu Berlin. Professor Fuhr promo- auf dem Entwicklungsweg hin zu einer in konsequenter Weiterentwicklung vierte 1981 auf dem Gebiet der Photo- Abteilung befinden. Seit September des bisher praktizierten Technologie- morphogenese höherer Pflanzen, 1985 2001 ist das IBMT Gründungsmitglied Transfers die IBMT-Außenstelle Sulz- habilitierte er sich in der Biophysik. Im des Fraunhofer-Verbundes »Life bach/Saar gegründet, in der die Jahr 1999 gründete er ein Zentrum für Sciences«. Arbeitsgruppe Sensorfertigung ihre Biophysik und Bioinformatik an der Tätigkeit aufnahm. Humboldt-Universität zu Berlin, dessen erster geschäftsführender Direktor er Das Institut finanziert sich über For- bis zum Ausscheiden am 1. April 2001 schungs- und Entwicklungsaufträge war. von öffentlichen und privaten (industriellen) Auftraggebern. Die enge Ver- Das IBMT ist in den Verbund von bindung von Medizintechnik, Biotech- 80 Fraunhofer-Einrichtungen, davon nologie und Mikrosystemtechnik ver- 58 Institute, eingegliedert. Am IBMT leiht ihm eine herausragende Stellung waren in diesem Jahr 123 wissen- in Europa. Seit 1997 befindet sich im schaftliche und 55 sonstige (Technik & IBMT am Standort Sulzbach/Saar das Verwaltung) Mitarbeiterinnen und Mit- European Center of Competence for arbeiter sowie 32 studentische Hilfs- kräfte und 33 Praktikanten beschäftigt. Über den Leiter der Abteilung Moleku- lare Bioanalytik & Bioelektronik, Prof.

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Organisation und Ansprechpartner

Institutsleitung Prof. Dr. Günter R. Fuhr +49 (0) 6894/980-100 [email protected]

Verwaltungsleitung Bärbel Walter +49 (0) 6894/980-104 [email protected]

Marketing/Öffentlichkeitsarbeit Dipl.-Phys. Annette Eva Maurer +49 (0) 6894/980-102 [email protected]

Abteilungen und Arbeitsgruppen:

Mikrosysteme/Lasermedizin Prof. Dr. Karsten König +49 (0) 6894/980-150 [email protected] Magnetische Resonanz Priv.-Doz. Dr. Frank Volke +49 (0) 6894/980-405 [email protected] Miniaturisierte Systeme Dr. Thomas Velten +49 (0) 6894/980-301 [email protected] Lasermedizin Dr. Iris Riemann +49 (0) 6894/980-190 [email protected]

Biohybride Systeme Zell-basierte Sensorik & Biomonitoring Dr. Hagen Thielecke +49 (0) 6894/980-162 [email protected] Molekulares Zell- & Tissue Engineering Priv.-Doz. Dr. Hagen von Briesen +49 (0) 6894/980-286 [email protected]

Medizintechnik & Neuroprothetik Prof. Dr. Klaus-Peter Hoffmann +49 (0) 6894/980-401 [email protected] Neuroprothetik Dr. Klaus Peter Koch +49 (0) 6894/980-404 [email protected] Neuromonitoring Prof. Dr. Klaus-Peter Hoffmann +49 (0) 6894/980-401 [email protected]

Kryobiophysik & Kryotechnologie Prof. Dr. Heiko Zimmermann +49 (0) 6894/980-257 [email protected] Kryoequipment & Kryorobotik Dipl.-Phys. Uwe Schön +49 (0) 6897/9071-30 [email protected] Nachwuchsgruppe BMBF Kryonanobiotechnologie Prof. Dr. Heiko Zimmermann +49 (0) 6894/980-257 [email protected]

Kryoforschungs- und -demonstrationsbank Dr. Frank Obergrießer +49 (0) 6897/9071-90 [email protected]

Zelldifferenzierung & Zelltechnologie Priv.-Doz. Dr. Charli Kruse +49 (0) 451/2903-210 [email protected]

Molekulare Bioanalytik & Bioelektronik Prof. Dr. Frank F. Bier +49 (0) 33200/88-378 [email protected] Biosensorik Dr. Nenad Gajovic-Eichelmann +49 (0) 33200/88-350 [email protected] Nanobiotechnologie Dr. Markus von Nickisch-Rosenegk +49 (0) 33200/88-207 [email protected] Mikroarray & Biochiptechnologie Dr. Eva Ehrentreich-Förster +49 (0) 33200/88-293 [email protected]

Zelluläre Biotechnologie & Biochips Priv.-Doz. Dr. Claus Duschl +49 (0) 30/2093-8688 [email protected] Lab-On-Chip-Technologie Dipl.-Biophys. Magnus Sebastian Jäger +49 (0) 30/2093-8808 [email protected] Zell-Assay-Entwicklung Dr. Andreas Lankenau +49 (0) 30/2093-8767 [email protected] Extremophilenforschung Dr. Thomas Leya +49 (0) 30/2093-8350 [email protected]

Ultraschall Ultraschall-Systementwicklung Dipl.-Ing. Peter Weber +49 (0) 6894/980-227 [email protected] Biomedizinische Ultraschallforschung Dr. Robert Lemor +49 (0) 6894/980-225 [email protected] Piezosysteme & Entwicklung Dipl.-Ing. Christian Degel +49 (0) 6894/980-221 [email protected] Sensorfertigung Dr. Frank Tiefensee +49 (0) 6897/9071-70 [email protected]

Medizin-Telematik Dipl.-Phys. Bertram Bresser +49 (0) 6894/980-206 [email protected] Medizinische Netze Dr. Volker Paul +49 (0) 6894/980-300 [email protected] Home Care Dipl.-Inform. Stephan Kiefer +49 (0) 6894/980-156 [email protected]

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Computerunterstützte Simulationen Dipl.-Phys. Daniel Schmitt +49 (0) 6894/980-120 [email protected]

European Center of Competence for Biomedical Microdevices (MEDICS) Dipl.-Ing. Andreas Schneider +49 (0) 6897/9071-42 [email protected]

Medizintechnisches Kompetenzzentrum für Miniaturisierte Monitoring- und Interventionssysteme (MOTIV) Dipl.-Biol. Jochen Schmidt +49 (0) 6897/9071-41 [email protected]

Einbindung in Universitäten:

Lehrstuhl für Biotechnologie und Medizintechnik Fachbereich Klinische Medizin (Medizinische Fakultät) Kooptiertes Mitglied in den Naturwissenschaftlich-Technischen Fakultäten II und III Universität des Saarlandes sowie Kooptiertes Mitglied der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät I der Humboldt-Universität zu Berlin Lehrstuhlinhaber Prof. Dr. Günter R. Fuhr

Lehrstuhl für Mikrosensorik mit Aufbau- und Verbindungstechnik Fachbereich Physik und Mechatronik (Naturwissenschaftlich-Technische Fakultät II) Universität des Saarlandes Lehrstuhlinhaber Prof. Dr. Karsten König

Juniorprofessur für Kryobiophysik und zelluläre Bioinformatik Fachbereich Chemie, Pharmazie, Bio- und Werkstoffwissenschaften (Naturwissenschaftlich-Technische Fakultät III) Universität des Saarlandes Inhaber Prof. Dr. Heiko Zimmermann

Lehrstuhl für Angewandte Bioelektronik und Biochip-Technologie Institut für Biochemie und Biologie Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät Universität Potsdam Lehrstuhlinhaber Prof. Dr. Frank F. Bier

Lehrstuhl (Masterstudiengang) für Biomedizinische Technik Fachbereich Elektrotechnik Hochschule für Technik und Wirtschaft (HTW) des Saarlandes Lehrstuhlinhaber Prof. Dr. Klaus-Peter Hoffmann

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Arbeitsschwerpunkte

Das Fraunhofer IBMT befasst sich in und Kryoequipment entwickelt, die es bau und bei der Optimierung von seinen technologischen Schwerpunk- kleinen und mittleren Unternehmen Sensor-Fertigungsverfahren und ten mit Themen wie der Ankopplung ermöglichen, Ultraschall- und Mikro- Sensor-Fertigungsstätten sowie der technischer Mikrosysteme an biologi- sensoren zu marktfähigen Kosten her- Einführung der Biotechnologie zu sche Komponenten wie Zellen und zustellen. Regionale und überregionale unterstützen. Gewebe, der molekularen und zel- Kunden werden in ihrer Wettbewerbs- lulären Biotechnologie mit medizini- fähigkeit auf dem europäischen Markt Das 1996 gegründete und kontinuier- scher Zielstellung, der Nano(bio)tech- durch das IBMT gefördert. lich entwickelte Fraunhofer-IBMT Tech- nologie, der Biokompatibilitätsprüfung, nology Center Hialeah (FTeCH) wurde Kryobiotechnologie, Biochipentwick- Ein weiteres wichtiges Zukunftsfeld im Jahr 2004 ausgegliedert und in die lung, aber auch der Lasermedizin, der wurde seit 1994 mit den verstärkten Selbständigkeit unter der Schirmherr- Mikrosystemtechnik (Mikrosensorik, Aktivitäten im Bereich der Medizin- schaft der City of Hialeah überführt. Mikroaktorik und Signalverarbeitung), Telematik erschlossen. Neue Ansätze in Diese Ausgründung des IBMT auf dem der Ultraschall-Technik, Sensor-Ferti- der individuellen Versorgung von Pati- amerikanischen Kontinent ist der gungstechnik sowie multilokalen Sen- enten durch telemedizinische Dienste erfolgreiche Abschluss einer langjähri- sorik verbunden durch Kommunikati- werden in zwei zukunftsweisenden gen internationalen Profilbildung. onstechnik, Gesundheitstelematik, Telematikprojekten »Schlaganfall- telemetrischen Daten- und Energie- Nachsorge Saar« (»Home Care«- Im November 1998 wurde die Arbeits- übertragung und der magnetischen Bereich) und »Patientenbegleitende gruppe Molekulare Bioanalytik in Pots- Resonanz, Bildgebung und Spektros- Dokumentation – PaDok®« (Arzt/Arzt- dam-Rehbrücke als eine neue Außen- kopie. Die dafür notwendigen Grund- sowie Arzt/Krankenhaus-Vernetzung) stelle des IBMT gegründet. Für die lagenkenntnisse werden projektgebun- umgesetzt. Standortwahl war die Nähe zum Insti- den komplettiert und in Kooperation tut für Biochemie der Universität Pots- mit der Industrie durch Auftragsent- Im Rahmen der weiteren Globalisie- dam, an dem bereits seit Jahren erfolg- wicklungen in Produkte umgesetzt rung der IBMT-Aktivitäten ist vor allem reich Biosensoren zur Marktreife ent- sowie zur Serienreife gebracht. Die auch die 1999 erfolgte Etablierung der wickelt werden, und zum schnell Bandbreite der Tätigkeiten umfasst die China-Repräsentanz des IBMT, das wachsenden Markt der Biotechnologie Untersuchung technologischer Grund- Fraunhofer-IBMT Technology Center im Raum Berlin-Brandenburg von ent- lagen, die Entwicklung von Kompo- China in Shenzhen, Guandong, scheidender Bedeutung. Ziel der neuen nenten und Systemen bis zur Aus- (FTeCS) zu nennen. Im Vordergrund Arbeitsgruppe war die Entwicklung führung von Demonstrationsanlagen des FuE-Angebotes des FTeCS steht die von Vor-Ort-Analysesystemen zur für die industrielle Praxis. Nicht nur die Unterstützung der Automatisierungs- kostengünstigen Diagnose und Thera- medizintechnische Industrie und Bio- und Prozessüberwachungstechnik piekontrolle bzw. Umweltüberwa- technologie-Unternehmen, sondern unterschiedlichster Industriebereiche chung, z. B. Point-of-Care-Analysen für auch andere technische Bereiche wie durch Einbringen von Mikrosystemen, die medizinische Sofortdiagnostik, die Polymer- und keramische Industrie, Mikrosensoren, Mikroaktoren und Sig- Beprobung altlastenkontaminierter Halbleiterhersteller, Umwelttechnik, nalverarbeitungsroutinen. Einen ersten Böden oder das systematische Monito- Hydraulikindustrie, Lebensmittelindus- Kundenkreis bilden die medizintechni- ring während der Herstellung biotech- trie, Haus- und Klimatechnik, Prozess- sche, kunststoffverarbeitende und che- nologischer Produkte. Diese Arbeits- und Prozessüberwachungstechnik, mieveredelnde Industrie. Neben diesen gruppe entwickelte sich im Jahr 2000 Fertigungs- und Automatisierungstech- spezifischen Aufgaben ist FTeCS zu einer Abteilung Molekulare Bioana- nik, Materialprüftechnik finden im Anlaufstelle für FuE-Kunden, die sich lytik & Bioelektronik und wurde mit IBMT Beratung und problemspezifische der Expertise der gesamten Fraunho- der im Jahr 2001 neu übernommenen Lösungen. Machbarkeitsstudien, Proto- fer-Gesellschaft bedienen wollen. Arbeitsgruppe Medizinische Biotechno- typentwicklung sowie die Einführung FTeCS nimmt daher die Repräsentanz logie & Biochips an der Humboldt- von Kleinserien und permanente Sen- der FhG in China wahr. Eine wesentli- Universität zu Berlin eingebettet in das sor-Fertigungslinien bieten die Grund- che Aufgabe besteht auch darin, deut- Zentrum für Biophysik & Bioinformatik lage für erfolgreiche Verbesserungen sche Unternehmen in China beim Auf- zur Arbeitsgruppe Medizinische Bio- und Innovationen. Auf einer Fläche technologie (AMBT) der Fraunhofer- von über 3 800 Quadratmetern wer- Gesellschaft zusammengefasst. Bis den im benachbarten Industriepark zum Jahre 2006 wird für diese noch Sulzbach-Neuweiler neue Techniken dezentralen Arbeitsgruppen ein zur flexiblen Fertigung von Sensoren Teilinstitut des IBMT als Neubau in

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Neubau des Institutsteils in Golm (Potsdam)

Golm bei Potsdam errichtet. Der Spa- gabe den Charakter einer Demonstrati- Richtkrone aufgezogen über dem tenstich erfolgte am 30. August 2004, onsbank für neue Technologien, insbe- Neubau des Fraunhofer IBMT in das Richtfest am 22. Juni 2005 (siehe sondere auch für industrielle Nutzer Potsdam/Golm nachfolgender Beitrag). Das For- und die öffentliche Hand. schungs- und Entwicklungsspektrum Weithin sichtbar schwebte am 22. Juni der beiden Abteilungen ergänzt sich in Im Jahre 2004 wurde die externe 2005 die Richtkrone über dem Neubau nahezu idealer Weise zu einem Kom- Fraunhofer IBMT-Arbeitsgruppe »Zell- des Fraunhofer IBMT im Wissen- petenz-Cluster für Biochipsysteme und differenzierung & Zelltechnologie« an schaftspark Golm als Symbol für die Nanobiotechnologie. der Universität zu Lübeck gegründet, Vollendung des Rohbaus. Das Richtfest die sich vor allem mit der medizini- des Institutsteil-Neubaus wurde mit Gemeinsam mit dem saarländischen schen Nutzung von adulten Stammzel- über 200 Gästen aus Politik, wissen- Ministerpräsidenten Peter Müller eröff- len beschäftigt. Über diese Kooperati- schaftlichen Institutionen, der Industrie nete die Fraunhofer-Gesellschaft unter on mit der Universität zu Lübeck stieg und der baubeteiligten Firmen gefeiert. der Präsidentschaft von Professor das IBMT in die Stammzellforschung Der IBMT Neubau bildet mit dem Hans-Jörg Bullinger am 9. September mit dem Ziel der Unterstützung der Fraunhofer IAP ein Ensemble. Die Bio- 2003 in Sulzbach/Saar die Kryofor- regenerativen Medizin und des Tissue technologie ist ein wesentlicher Teil des schungsbank . Damit nahm das Engineering ein. Die Arbeitsgruppe Wissenschaftsstandorts Brandenburg, Fraunhofer-Institut für Biomedizinische wird von Privatdozent Dr. Charli Kruse in dem die zwei Fraunhofer- und drei Technik (IBMT) nach dem Zentrum für geleitet und konnte am 8. November Max-Planck-Institute gut aufgehoben Kryobiotechnologie und Kryobiophysik 2004 neue Räume im Multifunktions- sind. Das GO-IN-Technologiezentrum – eine zweite Einheit zur Entwicklung zentrum des Campus der Universität das übrigens zwei Tage nach dem einer den Anforderungen der zukünfti- zu Lübeck beziehen. Im Laufe des letz- Richtfest seine Grundsteinlegung gen Biotechnologie und Medizin ent- ten Jahres konnte die Arbeitsgruppe beging – bietet Ansatzpunkte für sprechenden Technologieplattform in eine beträchtliche Zahl von Stammzell- Kooperationen zwischen Wissenschaft Betrieb. Aufgabe der Europäischen isolaten und Zellklonen anlegen. Sie und Wirtschaft. Kryoforschungsbank ist es, wertvolle bildet den Forschungsbestand des und einzigartige Zellsammlungen IBMT. »Bauen ist ein Abenteuer, ein Mords- (Bioressourcen) aus den verschiedens- spaß und wir haben viel dabei ten Bereichen der Biowissenschaften gelernt.« Dieses Fazit zog Professor zu unterstützen und anzulegen sowie Fuhr, der für das IBMT als zukünftiger moderne automatisierbare Technologie Nutzer allen beteiligten Firmen dankte. zu entwickeln und zu demonstrieren. Der Institutsbau trägt den Anforderun- Die Lebendablage von Zellsuspensio- gen der sich entwickelnden molekula- nen erlaubt eine Vermehrung zu jedem ren Medizin und Biotechnologie als ein späteren Zeitpunkt, insbesondere aber abgestimmtes hochmodernes auch retrospektive Untersuchung von Forschungsgebäude Rechnung. For- Proben. D. h. nach Jahrzehnten kann schungs- und Entwicklungsfelder des nach Genen, Makromolekülen, Krank- Instituts sind die molekulare Diagnos- heiten, Erregern, Kontamination, ja tik, die Geräteentwicklung im Feld der sogar nach Dingen gesucht werden, Lab-On-Chip-Technologie, aber auch für die heute noch nicht einmal die Anwendungen der Nanobiotechnolo- Methoden oder die Kenntnis existie- gie und die Vorbereitung der regenera- ren. Die Anlage einer Zellbank ist somit tiven Medizin. die umfangreichste, vollständigste Dokumentation der Eigenschaften von Die Übergabe an das Fraunhofer IBMT Bioproben. Auf mehr als 1 200 Qua- ist für Mitte 2006 geplant. dratmetern werden Kryolagertanks mit einem Nettovolumen von jeweils bis zu Im Neubau werden die beiden Außen- 1 400 Litern installiert. Die Kryobank- stellen des IBMT in Potsdam-Nuthetal anlage trägt neben der Forschungsauf- (Molekulare Bioanalytik & Bioelektro- nik) und in Berlin (Zelluläre Biotechno- logie & Biochips an der Humboldt-Uni- versität zu Berlin) zusammengeführt.

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Planungsbeteiligte Architekt und Objektüberwachung: Brenner + Partner, Stuttgart, Trag- werksplanung: Weiske + Partner, Stutt- gart; Technische Ausrüstung: CRC Clean Room Consulting, Freiburg; Frei- anlagen: Büro Eurich, Wendlingen; Bodengutachter: Ingenieurbüro Maschke, Michendorf; Vermessung: Büro Misselwitz-Kaden, Teltow; Prüf- statik: Dr.-Ing. Zauft, Potsdam; Brand- schutzgutachten: Technische Prüfge- sellschaft Lehmann, Berlin.

Ausführende Firmen Michael Heine, Polier der Firma BATEG Ingenieurbau GmbH, beim Richtspruch. Dem Hoch auf die Wissenschaft, den Bauherrn, den Architekten, den Statikern und Zimmerleuten folgten die Wünsche für ein erfolgreiches und nutzbrin- Rohbauarbeiten: Bateg Ingenieurbau gendes Forschen und Arbeiten im neuen Gebäude. (Fotos: Jan Schulz, Stephanie Schwarz, IBMT). GmbH, Berlin; Fassade: Hupfeld & Schlöffel Metallbau, Berkatal; Stahl- bau-/Schlosserarbeiten: Mebatec Stahl- bau GmbH, Neuruppin; Dachabdich- tung: BDG Bedachungen GmbH, Tel- tow; Estrich- und Beschichtungsarbei- ten: SFT Saale Fußbodentechnik, Ammelstädt; Malerarbeiten: Hornstein GmbH, Neustrelitz; Aufzug: A.S. Auf- zug und Service, Magdeburg.

Rohbau von Südwesten. (Foto: Stephanie Schwarz, IBMT) Zahlen und Fakten Grundstücksgröße insgesamt (mit IAP): 43 922 m2; davon für AMBT bean- sprucht: ca. 22 000 m2 Bis zum Einzug im Jahre 2006 wird Umweltüberwachung sowie die Ent- Anzahl der Mitarbeiter nach Bezug: noch eine dritte Abteilung aufgebaut wicklung von Fertigungstechniken für insgesamt 142; Gesamtkosten: werden, die sich vor allem mit Zelltech- die Biochip-Herstellung, und DNA- 22,5 Mio. €; Finanzierung: 50 % EFRE, nologien im Hinblick auf eine Nutzung Chip-Entwicklung), Nanobiotechnolo- 25 % Bund, 25 % Land; Hauptnutz- von Stammzellen für die regenerative gie oberflächenbasierter tierischer und fläche: 4 095 m2 (davon Büro- und Medizin beschäftigen wird. humaner Zellkulturen, Zellkonservie- Diensträume: 1 400 m2 sowie Arbeits- rungstechniken und Zellsortierung, und Laborräume: 2 700 m2). Der Fokus des wissenschaftlichen Inter- Zellmanipulation in freier Lösung, Lab- esses am neuen Institutsteil liegt auf On-Chip für kundenspezifische Zellcha- den Gebieten der molekularen und zel- rakterisierungs- und Zellseparations- lulären Biotechnologie, insbesondere aufgaben, Mikrofluidik-Simulation, der folgenden Arbeitsbereiche: Biosen- Entwicklung dynamischer, chipbasier- sorik und Bioanalytik, Biochip-Techno- ter Immunoassays, Spezialmikroskop- logie (Entwicklung von Vor-Ort-Analy- entwicklungen, Prototypfertigung von sesystemen zur kostengünstigen Dia- Mikrostrukturen mittels Excimer-Laser gnose und Therapiekontrolle bzw. und die Kultivierung kryophiler Süß- wassermikroalgen (Schneealgen) in einer Kultursammlung CCCryo/Extre- mozymforschung.

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Laborausbau in St. Ingbert

Im Rahmen einer »Kleinen Baumaß- nahme« wurde der linke Flügel der Ebene 0 des Mutterinstituts in St. Ingbert umgestaltet. Im bis dahin hauptsächlich als Keller genutzten Gebäudeteil gab es auf 3 verschiedenen Fußbodenniveaus Lagerflächen. Diese mussten zur Unterbringung der Lasermedizin und Neuroprothetik einer Nutzung als Büro und Labor zugäng- lich gemacht werden. Dem ersten Sanierung der Fassade. Arbeitsschnitt, Entrümpeln und Entker- nen, folgte ein Angleichen der Fußbo- denhöhen. Letzteres wurde mit einem ten. Alle erforderlichen technischen allgemeinen Ausschachten verbunden, Versorgungen wie Klimatisierung, Luft- so dass eine Endhöhe von 2,90 m austausch, Notduschen, Augendu- erreicht wurde. Insgesamt entstand schen, erdfreies Netz und ableitender eine Nutzfläche von ca. 507,82 m2. Fußboden wurden, wo sie notwendig Diese teilt sich in 241,1 m2 Labor- waren, installiert. Damit haben sich die fläche, 83,3 m2 Büros, 23,9 m2 Archiv, beengten Rahmenbedingungen für die 26,92 m2 Technikraum sowie ein Ser- Forschungsarbeiten dieser drei Abtei- verraum 8,5 m2 und ein modernes lungen spürbar verbessert. Chemikalienlager auf. Insbesondere Vor dem Ausbau. die Abteilung Kryobiophysik & Kryo- technologie, die Abteilung Mikrosys- teme/Lasermedizin und die Arbeits- gruppe Neuromonitoring der Abtei- lung für Medizintechnik & Neuropro- thetik werden diese neuen Bereiche noch bis zum Ende des Jahres vollstän- dig bezogen haben.

In drei Laserlaboren, einem Operati- onssaal und einem Zelllabor werden die Forschungsarbeiten von Prof. Dr. Gang und Labortrakt. König zukünftig in einem komplexen und modernen Rahmen durchgeführt werden. Labore für Alginatreinigung und Präparation für Elektronenmikros- kopie stehen für Prof. Dr. Zimmermann zur Verfügung. Prof. Dr. Hoffmann wird ein Schlaflabor, ein Forschungsla- bor für das visuelle System, ein Refe- renzlabor für Methoden der klinischen Neurophysiologie sowie Entwicklungs- labore für Hard- und Software einrich-

Lasermedizinisches Labor.

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Kompetenzen und Anwendungen Kuratorium

Das Kuratorium, bestehend aus hoch- karätigen Ärzten und Wissenschaftlern sowie Entscheidungsträgern aus Indus- trie und Wirtschaft, Politik, den Lan- desbehörden und der Universität, berät die Institutsleitung sowie den Vorstand und bewertet jährlich die Leistungen des Instituts. In-vitro-Zell- und Gewebekultur Miniaturisierung/Mikrostrukturierung (alternativer Materialien) Dickschicht-/Dünnfilm-Sensorik (Hybride) Ultraschall-Sensorik/-Systeme (1-D-, 2-D-Array-Technologie/Hardware/ Software) Medizin-Telematik (Sensorik/Kommunikations-/ Informationstechnik Magnetische Resonanz (Mikroskopie, Spektroskopie, Imaging) Multilokale Sensorik und Telekommunikation In-line-Prozesskontrolle Biosysteme/Biokompatibilität (Zell-/Tiermodelle) Übergeordnete Systeme (Gesundheit, Umwelt) Sensor-Fertigung (Entwicklung, Service) Nanobiotechnologie Mitglieder des Kuratoriums sind: Bildgebende Systeme (Sonographie, NMR) Monitor-Systeme (Volumen- Prof. Dr. Emmeran Gams, Direktor der fluß, Vitalparameter) Klinik für Thorax- und Prozessüberwachung (Luftschall, Fluidkontrolle) Kardiovaskularchirurgie der Plattenwellen-Sensorik (Biosensor, massensensitive Heinrich Heine-Universität, Düsseldorf Sensorik) Taktile Sensorik, Endosysteme (z.B. Endosensorik) Dr. Karsten Henco, Vorstand der NMR-Probenkopfentwicklung EVOTEC Biosystems AG, Hamburg (Hochfrequenzsysteme)

Materialcharakterisierung (Polymere/Pharmaka/Kosmetika) Dr. Erwin Klar, Ministerium für Wissen- Bio-Interfaces (Wetware, schaft, Forschung und Kultur, Potsdam neuronale Interfaces, Mikroimplantate)

Kryo-Biotechnologie Prof. Dr. Michael Menger, Direktor,

Biochip-Technologien Abteilung für Chirurgische Forschung, Medizinische Fakultät, Universität des Regenerative Medizin Saarlandes, Homburg/Saar

Lasermedizintechnik Daniela Schlegel-Friedrich, ehemals Staatssekretärin, Ministerium für Wirt- Kompetenzmatrix. In rascher Entwicklung begriffen. Kernfelder des IBMT. schaft des Saarlandes, Saarbrücken

Dipl.-Ing. Otmar Peter Schön Die wissenschaftlichen Erkenntnisse Ausrüstungen des Instituts in all seinen (Vorsitzender), Geschäftsführender und praktischen Ergebnisse aus Abteilungen. Im Jahre 2002 hat das Gesellschafter, Fa. Hydac Technology langjähriger Erfahrung in den Berei- IBMT begonnen, seine Patentpolitik zu GmbH, Sulzbach/Saar chen Mikrosysteme/Lasermedizin, reformieren und bietet nunmehr über Ultraschall und Magnetische Resonanz die Kompetenzzentren MOTIV und MinRat Dr. Ekkehard Warmuth, sowie die neuen Erfahrungen auf dem MEDICS in Sulzbach mehr als 150 Referatsleiter Biologische Forschung Gebiet der Sensorfertigung, (Nano)Bio- Patente zur Lizensierung an. und Technologie, Bundesministerium technologie, Biosysteme, Kryotechno- für Bildung und Forschung, Berlin logie, Biochip-Technik und Medizin- Telematik gewährleisten eine hohe Prof. Dr. Margret Wintermantel, Qualität der FuE-Leistungen und die Präsidentin der Universität flexible, kunden- und problemorien- des Saarlandes, Saarbrücken tierte Aufgabendefinition. Zahlreiche Referate, Publikationen und Patente dokumentieren die Qualifikation der Mitarbeiter und den modernen technischen Stand der Einrichtungen und

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Wissenschaftliche Ereignisse des Jahres 2005

Einen Höhepunkt in der Geschichte der Kryobank stellte der Besuch des Bundes- Besuch des Bundespräsidenten, Professor Horst Köhler, in Begleitung der Saarländischen Landesregierung, am präsidenten, Professor Horst Köhler, zum Ausklang des letzten Berichtsjahres am 18. Dezember 2004 in der Kryoforschungsbank. Das 18. Dezember 2004 dar. Über einen Vortrag und einen Rundgang in Begleitung Bild in einer Größe von 2,5 MByte wurde während des der Landesregierung des Saarlandes sowie lokaler politischer Vertreter ließ sich Besuches aufgenommen und zur Demonstration der Tieftemperaturtauglichkeit der am Fraunhofer IBMT der Bundespräsident die Anforderungen der zukünftigen Biotechnologie und der entwickelten Elektronik fünfzig Mal in elektronische erwarteten regenerativen Medizin erläutern und demonstrieren. Er würdigte den Speicherchips, die sich im flüssigen Stickstoff befanden, abgelegt und wieder ausgelesen. Wie das Bild zeigt, fortschrittlichen Biotechnologiestandort Saarland und die Technologieplattform blieb die Datenmenge und damit die Qualität des Bildes des Fraunhofer IBMT. unverändert. Die tieftemperaturtauglichen Kryochips sind eine Besonderheit der IBMT-Kryotechnologie und erlauben das Ansprechen und die Datenspeicherung an den Proben auch nach der Ablage im Kryotank. (v.ln.r.: Jürgen Schreier (Minister für Bildung, Wissen- schaft und Kultur des Saarlandes), Hans-Werner Zimmer (Bürgermeister der Stadt Sulzbach), Professor Günter Fuhr (Direktor des Fraunhofer IBMT), Frau Eva Luise Köhler, Professor Horst Köhler (Bundespräsident), Frau Astrid Gerke-Müller, Peter Müller (Ministerpräsident des Saarlandes), Hans Ley (Präsident des saarländischen Landtages).

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Workshop Kryotechnologie & Stammzellbanking am 9.–10. März 2005 an der Kryobank des Fraunhofer IBMT in Sulzbach

Die Kryotechnologie und Stammzell- handhabung sind international noch junge und bisher patentrechtlich sehr interessante Gebiete. Im Rahmen eines internen Workshops »Kryotechnologie & Stammzellbanking« am 9. und 10. März 2005 an der Kryobank des Fraun- hofer IBMT in Sulzbach präsentierte das Institut 140 geladenen Gästen die in den letzten vier Jahren entwickelte Kryotechnologieplattform der Fraunho- fer-Gesellschaft, die es erlaubt, sichere, höchsten Standards entsprechende und minimal personalintensive Kryo- banken zur Anlage wertvoller Lebend- sammlungen anzulegen. Die Kryolage- rung von lebenden Zellproben in Form von Suspensionen und kleinsten Gewebefragmenten ist derzeit die ein- zige Art der vollständigen Ablage biolo- Podiumsdiskussion »Stammzellbank in Europa« (v.l.: Prof. Dr. Günter R. Fuhr (Fraunhofer IBMT), Dr. Uwe Marx (CEO ProBioGen AG), Prof. Dr. Klaus Cichutek (Vizepräsident Paul-Ehrlich-Institut), Dr. Carsten Claussen (Geschäftsführer gischer Information und der Lagerung Evotec Technologies AG), Karl-Josef Maiwald (Abteilungsdirektor Debeka Krankenversicherungsverein AG), Dr. Glyn über nahezu unbegrenzte Zeiträume. Stacey (Director UK Stem Cell Bank), Simone Conrad (Dolmetscherin). Dass hierzu in Deutschland in den letzten Jahren ein internationaler Vorlauf erzielt werden konnte, wurde vor allem von den ausländischen Teilneh- mern attestiert. Obwohl der rasant wachsende Bedarf an Kryolagerkapa- zität und entsprechenden Verfahren und Geräten offensichtlich ist, beschäf- tigen sich weltweit nur wenige Einrich- tungen in Forschung und Industrie mit technologischen und kryomedizini- schen Entwicklungen auf dem Gebiet der Kryobiotechnologie. Die Fraun- hofer-Gesellschaft hat dieses For- schungsfeld vor vier Jahren aufgegriffen und eine Technologie-Plattform entwickelt, die nun Lösungen von kleinen Kryolaborbanken, über klinische Dimensionen, bis hin zu großindustriel- ler Skalierung anbieten und demonstrieren kann.

Kryoworkshop 2005. Ausstellung der IBMT-Kryo-Technologieplattform, bestehend aus Geräteentwicklungen, neuen Substraten, einer tieftemperaturtauglichen Elektronik bis hin zu optimierten Einfrier- und Auftauprozeduren für spezi- elle Zelltypen.

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Das Thema des Workshops, die Ver- Programm des Workshops: knüpfung der Kryotechnologie mit den Erfordernissen der regenerativen Medi- 1. Begrüßung: zin, insbesondere der Stammzellfor- Prof. Dr. Günter R. Fuhr schung und Stammzellnutzung, erwies Direktor des IBMT sich als außerordentlich fruchtbar und 2. Grußworte von: hochaktuell. Weltweit sind auf dem Ministerialdirektor Reinhard Junker Gebiet der Stammzellforschung und Bundesministerium für Bildung und Forschung klinischen Anwendung enorme Dr. Hanspeter Georgi Anstrengungen zu verzeichnen. Die Minister für Wirtschaft und Arbeit des Saarlandes These, dass dies nur mit neuen Techno- 3. Prof. Dr. Günter R. Fuhr, IBMT logien, insbesondere einer zum Teil »Kryotechnologie als Voraussetzung für die zukünftige Biotechno- jahre- bis jahrzehntelangen Lagerung logie und regenerative Medizin« lebender und nicht kontaminierter Zell- 4. Dr. Glyn Stacey, UK Stem Cell Bank, National Institute for Biological proben erfolgen kann, wurde von allen Standards and Control, NIBSC Workshopteilnehmern bekräftigt. »The Cryopreservation and Distribution of Stem Cell Lines for Einen zentralen Programmpunkt des Research and Clinical Trials: Science Meets Quality Assurance« Workshops bildete die Anlage von 5. Prof. Dr. Frank Emmrich, Institut für Klinische Immunologie und Trans- Stammzellbanken zur Lagerung und fusionsmedizin, IZKF, Leipzig Nutzung adulter Stammzellen. Im Rah- »Stammzellforschung: Stand und Perspektiven« men der Vorträge und Diskussionsrun- 6. Prof. Dr. Bodo-Eckehard Strauer, Direktor der Klinik für Kardiologie, den wurde dieser Gesichtspunkt aus Pneumologie und Angiologie, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf Sicht der Wissenschaft, Klinik, der »Stammzelltherapie bei Herzerkrankungen« Krankenkassen, des Patentrechtes, der 7. Dr. Oliver Hertz, Patentanwalt, v. Bezold & Sozien, München Zulassung und staatlichen Regulierung »Patentrechtliche Aspekte der Zellbiologie« sowie fachübergreifend aufgegriffen 8. Prof. Dr. Klaus Cichutek, Vizepräsident des Paul-Ehrlich-Instituts und bewertet. »Entwicklung und regulatorische Aspekte von Zelltherapiearznei- mitteln« Der Workshop richtete sich in erster 9. Podiumsdiskussion: »Stammzellbanking in Europa« Linie an Kryo- und Zellbankbetreiber, Moderation: Prof. Dr. Carsten Claussen, CEO, EVOTEC Technologies -nutzer und Forschungseinrichtungen, GmbH, Hamburg. die Zelllinien generieren oder auf dem 10. Diskussion einer technischen Schutzgemeinschaft deutscher Kryobanken. Gebiet der Stammzellforschung tätig Moderation: Prof. Dr. Klaus Gersonde, Altdirektor des IBMT sind. Ebenfalls angesprochen wurden 11. Karl-Josef Maiwald, Abteilungsdirektor, DEBEKA Krankenversicherungs- Bundesinstitute und Drittmittelgeber verein AG, Koblenz mit Bezug zum Thema sowie industri- »Stammzellnutzung aus Sicht der privaten Krankenversicherung« elle Einrichtungen der Geschäftsfelder 12. Prof. Dr. Heiko Zimmermann, IBMT Kryoequipment, Zellbanking und Pla- »Technische Voraussetzungen einer zukunftsfähigen Zelllagerung mit nung von Kryobanken für medizinische Bezug zur Mikrosystemtechnik und Nanotechnologie« und andere Anwendungen. 13. Dr. Randall K. Kirschman, Consulting Physicist, Silicon Valley, California (USA) »Low-Temperature Electronics – Past, Present, Future«

Der Workshop wurde von der saarländischen Landesregierung, vom BMBF und der Industrie unterstützt.

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Hannover Messe Industrie 2005 – Bio- und Medizintechnik als Vorbild –

eines Medizinproduktherstellers aus Produkten stammen, die weniger als zwei Jahre alt sind. Wichtige Impulse erhält die Biomedizinische Technik von der Biotechnologie, der Nanotechnolo- gie, der Informationstechnik und zunehmend auch von den kognitiven Wissenschaften, die zusammengefasst als Converging Technologies bezeichnet werden. Da die mittelständischen Unternehmen keine Grundlagenfor- schung und auch nur bedingt angewandte Forschung betreiben können, liegt ein wichtiges Innovationspotenzial für die Medizintechnik in der geförder- ten universitären und außeruniver- sitären Forschung. Um die herausragende Position Deutschlands auf dem Gebiet der Medizintechnik (auf der dritten Position nach den USA und Japan) zu erhalten, werden daher vom Mitglieder der SCOPE-Podiumsdiskussion (von links Die Biomedizinische Technik als Teilge- BMBF, der DFG, dem AiF seit Jahren nach rechts: Dr. Eberhard Veit, Vorstand Produkt und Technologie-Management und Sprecher des Vorstandes biet der Biotechnik ist ein multidiszi- entsprechende Forschungsprogramme der Festo AG, Esslingen, Prof. Klaus-Peter Hoffmann, plinäres Fachgebiet, in dem sich ver- aufgelegt. Fraunhofer IBMT, Matthias Topp, EDAG Engineering + Design AG, Fulda, Vorstand Produktentwicklung, schiedene Disziplinen der Medizin, der Modell-/Prototypenbau und Vertrieb, Jan Hofer, Ingenieurwissenschaften und der Zu den größeren außeruniversitären Moderator). Naturwissenschaften berühren. Die Forschungseinrichtungen in diesem vorrangige Aufgabe der Biomedizini- Sektor gehört auch das Fraunhofer- schen Technik besteht in der Bereitstel- Institut für Biomedizinische Technik in lung von Technik, der Entwicklung von St. Ingbert. Wichtige Geschäftsfelder Verfahren sowie der Anwendung inge- des Institutes reichen von der Biophy- nieurwissenschaftlicher Methoden zur sik/Biochemie über Nanotechnologie, Lösung von Problemen in der Medizin, Kryotechnologie und Materialwissen- der Biologie/Biotechnologie und dem schaften bis zum Geräte- und Anla- Umweltschutz. Der Markt für medizin- genbau. Eingeschlossen sind dabei technische Produkte und Systeme molekulare Biochips, Fragen der gehört auf globaler Ebene nach wie Stammzellenforschung, der In-vitro- vor zu den attraktiven Wachstums- Zelldifferenzierung, der Biokompatibi- märkten. In den Industrienationen lität und der Fertigung vom Implanta- wächst dieser Markt mit 5 % bis 7 % ten. Zum letztgenannten Geschäftsfeld pro Jahr vergleichsweise überdurch- sind die Tätigkeiten der Abteilung Neu- Elektrodenarray des Retina-Implantats zu dem das Fraunhofer IBMT die mikrosystemtechnischen Kompo- schnittlich. Der weltweite Umsatz roprothetik & Medizintechnik unter der nenten beigetragen hat. beträgt etwa 200 Mrd. Euro. Die deut- Leitung von Professor Klaus Hoffmann sche medizintechnische Industrie zu zählen. Ihr Forschungsgegenstand erzielt mit ca. 100 000 Beschäftigten ist die Entwicklung und Anwendung einen Umsatz von ca. 10 Mrd. Euro bei von intelligenten invasiven und nichtin- einem Exportanteil von fast 60 %. Die vasiven Schnittstellen zum Nervensy- Branche ist neben einigen großen, tra- stem und ihre Nutzung für die Stimula- ditionellen Firmen geprägt von kleinen tion und Erfassung bioelektrischer und mittelständischen Unternehmen. Potenziale. Hierzu sind beispielsweise Die hohe Innovationsrate der Medizin- Retinaimplantat, Blasenstimulation bei technik lässt sich daran messen, dass in der Regel über 50 % des Umsatzes

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Preise 2005

Querschnittsgelähmten und die Kopp- Biosensor befördert maß- lung von künstlichen Extremitäten an geschneiderte Therapien – Sensor nervale Strukturen zu zählen. Große Innovationspreis 2005 Patientenzahlen, hohe Kosten der Pati- entenversorgung und großes menschli- Schneller zum besseren Medikament ches Leid der Betroffenen rechtfertigen ist für die Pharmaindustrie oberstes die Forschungsausgaben, die durch ein Ziel. Wissenschaftler am Fraunhofer mittelständisches Unternehmen nicht IBMT entwickelten einen neuen Bio- erbracht werden könnten. Allein an sensor, mit dem sich biopharmazeuti- technologischen Voraussetzungen sind sche Wirkstoffe und medizinische The- Reinraum, Plasmaanlage, Parylenbe- rapien schnell und sicher evaluieren 3-D-Gewebe-Mikrokapillar-Array mit 16 Messpositionen schichtung, Messplätze zur Elektroden- lassen. Maßgeschneiderte Therapien für die Impedanzspektroskopie. charakterisierung, Simulationsumge- und beschleunigte Medikamentenent- bung usw. erforderlich. wicklung rücken in greifbare Nähe. Aus diesem Grund haben sich Synergi- Dafür erhielt Herr Dr. Hagen Thielecke, Mit dem biohybriden Sensorsystem las- en zwischen den mittelständischen Leiter der Arbeitsgruppe Zell-basierte sen sich kleinste 3-D-Gewebeproben medizintechnischen Unternehmen und Sensorik & Biomonitoring der Abtei- im Labor schnell und einwandfrei cha- Forschungseinrichtungen wie dem lung Biohybride Systeme des Fraunho- rakterisieren. Fraunhofer IBMT entwickelt. Nur so ist fer IBMT auf der Messe SENSOR+TEST es möglich, die Vorlaufforschung in 2005 (10.–12. Mai 2005) in Nürnberg Eine Vielzahl von Krankheiten ist durch Prototypen umzusetzen und letztend- den vom AMA-Fachverband für Senso- das gestörte Zusammenspiel von Pro- lich in ein medizintechnisches Produkt rik ausgelobten und mit 10 000 Euro teinen bedingt. Die Gesamtheit aller zu überführen. Dies ist eine der dotierten Sensor-Innovationspreis. Proteine, die eine Zelle unter bestimm- wesentlichen Grundlagen für die her- ten Umweltbedingungen synthetisiert, ausragende Stellung der deutschen Viele kranke Menschen hoffen auf die bezeichnet man als Proteom. Für eine Medizintechnik. Entwicklung neuer Medikamente und optimale Therapie wird das Zusam- neuer Therapien. Doch Medikamenten- menspiel vieler Proteine des Proteoms Die erfolgreiche Umsetzung von Inno- entwicklung ist langwierig und teuer. berücksichtigt. Um die reale Situation vationen setzt ein langfristiges Denken 10 bis 12 Jahre dauert es in der Regel im Zellverband – beispielsweise in voraus. Gerade in Bio- oder Medizin- von der Wirkstoffforschung bis zum einem Tumor eines Patienten – abzubil- technik erfordert die Einführung von fertigen Arzneimittel. Die Kosten lie- den, brauchen Pharmaforscher dreidi- technischen Neuentwicklungen ein gen bei 500–800 Millionen Euro. Doch mensionale Zellaggregate. Doch diese hohes Verantwortungsbewusstsein. Ein die Entwicklungszeiten könnten schon 3-D-Modelle konnten bisher nur auf- Agieren nach dem Motto »Trial und bald verkürzt werden. Dr. Hagen Thiel- wändig per Lasertechnologie oder über Error« kann hier lebensgefährlich sein, ecke vom IBMT hat mit dem Biosensor Kryoschnitte hergestellt werden und denn Rückrufaktionen wie jüngst in wichtige Voraussetzungen für die waren deshalb für den Routineeinsatz der Automobilindustrie sind kaum Bestimmung von personenspezifischen nicht geeignet. Die meisten Zellkultu- denkbar. Zudem muss sich der Reife- Therapien in der klinischen Praxis ren, wie sie bisher im Labor erzeugt grad einer Innovation in diesem sensi- sowie für die beschleunigte Wirkstoff- und vermehrt werden, sind zweidi- blen Bereich an den Ansprüchen dreier und Therapieentwicklung in der Medi- mensional, d. h. bilden flächigen Zell- verschiedener Kundengruppierungen zinischen Biotechnologie geschaffen. bewuchs aus. Eine Vielzahl physiologi- messen lassen: Den Ärzten, den Kran- scher und morphologischer Eigen- kenkassen und den Patienten. Das schaften – beispielsweise Größe und stellt hohe Anforderungen an das Qua- das Volumen des Zellkerns oder der litäts- und Verantwortungsbewusstsein Zellwände – eines Gewebes bestimmen der Hersteller und führt dazu, dass in die elektrischen Gewebeeigenschaften. der Regel nur Neuentwicklungen eine Durch die Aufnahme der elektrischen Chance haben, die technisch ausge- Impedanz über einen bestimmten Fre- reift und einfach zu handhaben sind. quenzbereich können physiologische In diesem Sinne können die vorwie- Vorgänge und Gewebemorphologie gend mittelständischen Unternehmen erfasst werden. Im Biosensor werden der Bio- und Medizintechnik anderen die extrem kleinen Gewebeproben in Branchen als Vorbild dienen. eine vertikal angeordnete Messzelle

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Konferenz Photonics West in Kali- fornien: Pascal Rol Award verliehen

Prof. Dr. Karsten König, Leiter der Abteilung Mikrosysteme/Lasermedizin des Fraunhofer IBMT, erhielt den dies- jährigen Pascal Rol Award der SPIE, der größten internationalen For- schungsorganisation auf dem Gebiet der Photonik, für seine herausragen- den Forschungen auf dem Gebiet der Augenchirurgie und der hochauflösen- den Cornea-Diagnostik mittels ener- giearmer Femtosekunden-Laserpulse. Der Preis wurde am 23. Januar 2005 im kalifornischen San Jose auf der von ca. 15 000 Teilnehmern besuchten Tagung Photonics West übergeben. 2 300 Beiträge wurden in 80 parallelen Sitzungen präsentiert. Der Pascal Rol Preisübergabe des AMA-Sensorpreises (von links nach rechts: Prof. Dr. Roland Werthschützky, Vorsitzender des AMA- Award ist dem besten Beitrag auf dem Wissenschaftsrates, Prof. Dr. Florian Solzbacher (AMA-Vorsitzender), Dr. Hagen Thielecke (Preisträger des Fraunhofer Gebiet der Ophthalmologie gewidmet. IBMT), Staatssekretär Hans Spitzner, Bayrisches Ministerium für Wirtschaft, Infrastruktur, Transport und Technologie). Award of the International Society of Skin Pharmacology and gespült. Ober- und unterhalb des Mess- weise eine andere Zellwand als gesun- Physiology, Juni 2005 bereichs sind Elektroden positioniert, de Zellen, also auch andere elektrische über die Strom eingespeist und der Hochfrequenz-Eigenschaften. Werden Prof. Dr. Karsten König wurde weiter- Spannungsabfall erfasst wird. Der Bio- die Tumorzellen im Messgerät hin im Juni 2005 vom Board der Inter- sensor charakterisiert die Zellaggregate bestrahlt, kann man anhand des vor- national Society of Skin Pharmacology mittels hochauflösender Impedanz- her bestimmten Modells exakt die and Physiology für seine herausragen- spektroskopie. Damit können 3-D- Strahlendosis bestimmen, bei der sie de Präsentation »Multiphoton Tomo- Gewebeproben aus Biopsien mit einer absterben. Damit ist es möglich, gewe- graphy of Human Skin« auf dem Joint Größe vom 100 bis 500 µm sehr indivi- be- und patientenspezifisch individuel- Meeting der Society of Cutaneous duell charakterisiert werden. le Strahlentherapien festzulegen. Nach Ultra Structure Research and the Inter- demselben Prinzip lässt sich die Aus- national Society of Skin Pharmacology Die Forscher können mit dem Sensor wahl potenzieller Medikamente in and Physiology mit dem Award of the außerdem die Wirkungsweise von kurzer Zeit beschleunigen. International Society of Skin Pharma- Medikamenten oder Therapien auf die cology and Physiology ausgezeichnet. Zellaggregate beobachten, ohne dabei Erste Praxistests sowohl bei der Eva- die Zellen zu zerstören. Dazu wird ein luierung von Antitumortherapien als Simulationsmodell für bestimmte auch bei Herz-Kreislauferkrankungen Gewebeeigenschaften eines Zelltyps hat der Biosensor bereits positiv erstellt. Tumorzellen besitzen beispiels- bestanden. Ein weiterer Einsatzbereich des Biosensors könnte künftig auch die Implantatforschung sein. Kernstück ist ein Glaschip mit Multielektrodenarray zur parallelen Vermessung vieler Gewebetypen.

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Technologie-Preis »Technik für den Menschen« des Jahres 2005

Die Fraunhofer-Gesellschaft vergab im Jahr 2005 für herausragende wissenschaftliche Leistungen zur Verbesse- rung der Lebensqualität an Prof. Dr. Karsten König in Würdigung seiner Arbeiten auf dem Gebiet der Nanochir- urgie mittels Nanojoule-Femtosekun- denlaser-Pulsen den Technologiepreis »Technik für den Menschen« für das Jahr 2005.

Die Lasertechnik wird wegen ihrer hohen Präzision und der spezifischen Wirkung für chirurgische Instrumente verwendet. Typische Einsatzfelder sind die Augenchirurgie bei Fehlsichtigkeit, die Embryonalchirurgie und Tumorbe- handlung. Als problematisch erwiesen Preisträger Prof. Dr. Karsten König. sich hierbei bisher destruktive Neben- effekte der relativ hohen Pulsenergie.

Professor König gelang es, Laserpulse mit 1 000-fach geringerem Energiege- halt für diese medizinischen Anwen- dungen einzusetzen. Die Femtosekun- denpulse vermeiden nicht nur die unerwünschen Nebeneffekte, sondern ermöglichen auch einen präzise steuer- baren Abtrag im Bereich von weniger als 100 Nanometern. Das patentierte Verfahren eröffnet neue und schonen- dere Wege in der Nanochirurgie und ist daher in besonderem Maß geeignet, die Lebensqualität der Menschen zu verbessern.

Preisverleihung durch Herrn Prof. Dr. Klaus Gersonde auf der Jahrestagung in Magdeburg.

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Zukunftsfeld Nanobiotechnologie

CellPROM – Integriertes Projekt der Medizin, Pharmazie und Technologie- Europäischen Union Entwicklung. Mit dem Projekt Cell- PROM wird interdisziplinäres Neuland Das 6. Forschungsrahmenprogramm betreten und ein Beitrag zur Entwick- der Europäischen Union setzt neue lung nanoskopischer Werkzeuge für Förderinstrumente ein, um die Ent- die Zellhandhabung im Rahmen der wicklung und Verwertung zukunfts- Biotechnologie und regenerativen weisender Technologien im europäi- Medizin geleistet. Am Ende der Pro- schen Forschungsraum zusätzlich zu jektlaufzeit von vier Jahren sollen funk- den bewährten Instrumenten wie tionsfähige Module stehen, in denen Zellprogrammierung im CellPROM-Projekt. STREP- und CRAFT-Projekten zu stimu- die technischen Lösungen und biologi- lieren. Ein solches neues Instrument schen Verfahrensschritte demonstriert sind die Integrierten Projekte, in denen werden können, die dann als Aus- zahlreiche Partner aus den Ideen- gangspunkt für die Entwicklung zur schmieden Europas gemeinsam an Serienreife sowie für die Konzeption einem innovativen Großprojekt von Folgeanwendungen dienen kön- arbeiten. nen, deren Gesamtheit die Bedeutung CellPROM – das mit einem Gesamtvo- des Standortes Europa im Zukunfts- lumen von 27 Mio € größte Integrierte markt Nano-Biotechnologie wesentlich Projekt im Themenbereich Nano-Bio- stärken wird. technologie – vereint für vier Jahre 27 akademische und industrielle Partner Das Integrierte Projekt CellPROM star- aus 12 Ländern unter der Leitung von tete im März 2004. Am 25. und 26. Prof. Dr. Günter Fuhr und wird durch März 2004 fand das Kick-off-Meeting das Fraunhofer IBMT koordiniert. Die für das Projekt statt. In vierteljährlichen Kurzbezeichnung CellPROM steht für Abständen finden Arbeitstreffen mit »Cell PROgraMming by nanoscaled allen Partnern statt, ergänzt durch devices«. Projektziel ist die ober- regelmäßige Treffen mit 8 Workpack- flächenunterstützte Differenzierung age-Leadern und deren Stellvertretern. von Zellen im großtechnischen Maß- Am 14./15. März 2005 erfolgte das stab, wozu künstliche makromolekula- erste Annual Assessment Meeting in Abbildungen 1 und 2: Simulationen zur Veranschau- lichung der in Realisierung befindlichen Module. re Landschaften nach dem Vorbild der Dortmund. Die Etablierung einer ope- Links: Manipulation von Zellen ohne jede Oberflächen- Zelloberflächen auf nanotechnologi- rationellen und effektiven Manage- berührung unter miniaturisierten Hochfrequenzfeldern. Rechts: Magnetmanipulation von »NanoScapes« auf schem Wege entwickelt und erprobt mentstruktur, die Evaluierung und Microcarriern in einem komplexen Kanalsystem. werden sollen. In Ergänzung zu lösli- Erarbeitung möglicher Gerätekonzepte chen Faktoren, wie Differenzierungs- für die verschiedenen Module, die und Wachstumsfaktoren, unterstützen Durchführung erster biologischer Zell- sie auf biologische Weise die Differen- experimente und die Konzeption tech- zierung von Zellen über multiple Ober- nologischer Prototypen beherrschten flächenkontakte. Diese makromoleku- das erste Projektjahr und wurden im laren Landschaften (NanoScapes) imi- Assessment im März 2005 in allen tieren dabei Funktionen, die im Gewe- Punkten positiv evaluiert. be und Körper über die Oberflächen- Zwei unterschiedliche Konzepte zur kontakte von Zellen zu Matrixelemen- Handhabung der Zellen wurden ent- ten und Nachbarzellen ausgeübt wer- wickelt und vorgestellt: Ein Konzept den. Der Ansatz soll eine technische basiert auf magnetmanipulierten Tar- Abbildung 3: Magnetmanipulierbare Targets für die Zellkultur in den kreisförmigen Arealen (Breite eines Lücke schließen bei einer Minimierung Targets 1 mm). unerwünschter Nebenwirkungen der In-vitro-Zellprägung. Die Beherrschung dieser Prozesse im industriellen Maß- stab ist die Voraussetzung für die Erschließung wichtiger Anwendungs- felder in den Bereichen Biotechnologie,

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Abbildung 5: Professor Günter Fuhr, Koordinator des Integrierten Projektes CellPROM, begrüßt die Gäste anlässlich des ersten Meetings im März 2005.

Abbildung 4: Schema des projektierten Großgeräts, mit einem komplexem Mikrosystem (Multihandlingchip, rot) in der Mitte.

gets und erlaubt es, mittels flacher, chemie und Angewandte Spektrosko- Abbildung 6: Die Teilnehmer des ersten CellPROM miniaturisierter Trägersubstrate pie, das Institut für Neue Materialien, Annual Assessment Meetings in Dortmund, die gleichzeitig Partner in einem der größten unter den Integrier- adhärente Zellen zu manipulieren das Georg-Speyer-Haus und das Max- ten Projekten der EU sind. (siehe Abbildung 2). Planck-Institut für Biophysikalische Chemie (Deutschland), die Universitä- Ein weiterer Ansatz basiert auf einem ten von Lausanne (Schweiz), Barcelona fluidischen Lab-On-Chip-Konzept, in (Spanien), Saarbrücken (Deutschland), dem Zellen berührungslos handhabbar Wien (Österreich), Kaiserslautern sind. Beide Konzepte werden parallel (Deutschland), Pavia (Italien), Ljubljana in der nächsten Phase vorangetrieben, (Slowenien), Tel-Aviv (Israel) und Vilnius die entsprechenden Module entwickelt (Litauen) in einer ansonsten kaum zu und evaluiert. An dem Projekt arbeiten findenden Kooperation zusammen. Firmen wie Evotec Technologies (Deutschland), Leister Process Techno- Die Koordination derartiger Großpro- Abbildung 7: Frau Uta Faure, Project Officer der EU logies (Schweiz), GeSIM (Deutschland), jekte ist neben den Inhalten eine Her- in Brüssel, erläutert die Erwartungen der EU an das Sysmelec (Schweiz), Eurogentec ausforderung und erfordert neue Integrierte Projekt CellPROM. (Belgien), Silex (Schweden), Surface Instrumente des Managements. Das Imaging Systems, AMO, Eurice und Fraunhofer IBMT wird bei der Bewälti- tp21 (Deutschland) sowie institutionel- gung dieser Aufgabe durch die Einbet- le Einrichtungen wie das Royal Institute tung in den Life Science-Verbund und of Technology (Schweden), das Institu- die Nutzung der Verwaltung der Fraun- te of Experimental Biology and Techno- hofer-Gesellschaft unterstützt. logy (Portugal), das Institut Pasteur (Frankreich), das Institut für Spektro-

Kontakt Dipl.-Phys. Daniel Schmitt Telefon: +49 (0) 6894/980-120 [email protected]

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BMBF-Delegation »Nanobiotechnologie« in China, Changsha 10.–14. April 2005

Es hat sich als sehr nützlich erwiesen und den vertrauensvollen Informati- onsaustausch während des Workshops sicherlich sehr befördert, diese Veran- staltung in China durchgeführt zu haben. Eine Vielzahl von FuE-Koopera- tionsmöglichkeiten wurde sichtbar, die unter den vier Projektthemen als bina- tionale und bilaterale deutsch-chinesi- sche Projekte auf dem Gebiet der Nanobiotechnologie definiert werden konnten und zu für beide Seiten nutz- bringenden Projektanträgen führen werden.

Im Juli des Jahres wurden vier Projekt- anträge an die entsprechenden Minis- terien des BMBF sowie der chinesischen Regierung übersandt.

Mitglieder der deutschen Delegation (v.l.n.r.: Prof. Dr. Klaus Gersonde (Fraunhofer IBMT), Dr. Günter Bauer (EVOTEC China als eines der am raschesten sich Technologies GmbH), Prof. Dr. Michael Veith (Institut für Neue Materialien INM), Prof. Dr. Günter R. Fuhr (Fraunhofer entwickelnden Länder dieser Welt ist IBMT), Dr. Kristina Riehemann (CeNTECH GmbH), Frau Carmen Friedrichsen (JPK Instruments AG), Dipl.-Chem. Stefan Gräter (Universität Heidelberg), Prof. Dr. Claus-Michael Lehr (Universität des Saarlandes), Dr. Steffen Howitz (GESIM einer der Zukunftsmärkte mit hoher GmbH)). industrieller Gründerfrequenz. Neben den offiziellen Kontaktanbahnungen wurden die bereits traditionellen Kon- takte zu kleinen und mittleren Firmen Im Rahmen eines Kontaktbesuches des werden und zum Besuch von For- gepflegt. Das IBMT akquiriert bereits BMBF wurde im Jahr 2004 mit der chi- schungsinstitutionen und Industrie- 5 % seiner Einnahmen aus industriel- nesischen Seite vereinbart, das Feld der unternehmen sowie zur persönlichen len Projekten mit chinesischen Firmen. Nanobiotechnologie in beiden Ländern Kontaktaufnahme genutzt werden. Diese wenigen Zahlen belegen die durch abgestimmte, bilaterale Projekte Eine dieser Delegationen organisierte Bedeutung Chinas als Motor für die zu befördern und eine engere Verbin- und leitete Professor Günter Fuhr für internationale Technologieentwick- dung beider Forschungslandschaften das BMBF vom 10.–14. April 2005 im lung. Gleichzeitig gilt es, entwickeltes zu initiieren. Im Rahmen mehrerer Rahmen eines Workshops zum Thema Know-how nachhaltig zu schützen und Workshops sollten FuE-Felder für 2+2- »Nanobiotechnologie« in Changsha. In kontrolliert zu vermarkten. Die Anmel- Projekte (in beiden Ländern jeweils zur Folge des Workshops wurde gemein- dung einer Vielzahl von Patenten auch Hälfte aus Partnern der Industrie und sam beschlossen, den jeweiligen For- in China gehört daher seit mehreren aus Forschungsinstituten zusammen- schungsministerien vier Leitprojekte Jahren zur Strategie des Fraunhofer gesetzt) mit dem Schwerpunkt in der vorzuschlagen: IBMT. angewandten Forschung definiert werden. Diese Workshops sollten bevor- • Erforschung und Nutzbarmachung zugt in China und im direkten Kontakt aktiver/passiver Nanooberflächen für mit den dortigen Experten abgehalten die Krebstherapie. • Wechselwirkung von Nanopartikeln und auf Zellen. Therapeutische Kon- sequenzen für die Nanomedizin. • Nano-Robots für die Nanomedizin. • Nano-TCM (Nanobiotechnologie in der Traditionellen Chinesischen Medizin).

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Die deutsche Delegation in der Akademie der Wissenschaften Chinas, Beijing, Prof. BAI Chunli, Vize-Präsident der Akademie der Wissenschaften Chinas im Gespräch 11. April 2005 im repräsentativen Empfangssaal. mit dem Leiter der deutschen Delegation.

Gruppenbild der deutschen und chinesischen Delegationsmitglieder während des Bilaterale Gespräche zwischen deutschen und chinesischen Firmen und Institutionen Workshops in Changsha am 12. April 2005. an themenspezifischen Tischen erwiesen sich als außerordentlich fruchtbare und effektive Form der Kommunikation, Changsha, 13. April 2005.

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Das Forschungs- und Dienstleistungsangebot

Blick in eines der Laserlabore des Fraunhofer IBMT.

– Institutsspezifische Angebote zur Vertragsforschung – Verträge und Patentvereinbarungen – Kunden – Innovationskatalog – Kontakt und weitere Informationen

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Institutsspezifische Angebote zur Vertragsforschung

Arbeitsweise: Qualität: FuE-Projekte werden in Phasen erfolgs- Liefertreue und Zuverlässigkeit prägen orientiert ausgeführt, beginnend mit die Arbeiten des Fraunhofer-Instituts einer technischen Marktstudie, daraus für Biomedizinische Technik. Die Erstel- abgeleitet die Machbarkeitsstudie, lung eines Pflichtenheftes in Zusam- über die Prototypentwicklung und den menarbeit mit dem Kunden gewährleis- Feldtest (klinische Studie) bis hin zur tet die inhaltlich korrekt abgestimmte Entwicklung von kostenoptimierten und zeitlich angemessene Bearbeitung Fertigungstechniken und Technologie- der Projekte. entwicklungen. Service-Fertigung von Sensoren und Mikrosystemen wird auf Preiswürdigkeit: Wunsch des Kunden von ausgeglieder- Forschungs- und Entwicklungsaufträge ten Vertragsfirmen kostengünstig werden auf Selbstkostenbasis durch- übernommen. geführt. Das IBMT ist als Institut der Fraunhofer-Gesellschaft eine gemein- Praxisbezug: nützige Einrichtung und finanziert die Die Bearbeitung der Projekte am notwendige anwendungsorientierte Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Forschung und Vorlaufforschung weit- Technik (IBMT) erfolgt in enger Abstim- gehend unter Mitwirkung öffentlicher mung mit dem jeweiligen Kunden, um Auftraggeber. den größtmöglichen Praxisbezug her- zustellen. Die Kundennähe ist ein Cha- Nutzungsrechte: rakteristikum und eine wichtige Vor- Nach erfolgter Bearbeitung eines FuE- aussetzung, um den Bedürfnissen des Auftrages steht dem Kunden das Marktes aus der Grundlagenforschung Ergebnis zur alleinigen Nutzung zur heraus gerecht zu werden. Verfügung.

Flexibilität: Vertraulichkeit: Die konkrete Form, die Ausrichtung Anfragen und Aufträge werden auf und der Umfang der Projektarbeiten Wunsch des Kunden absolut vertrau- richten sich nach den Anforderungen lich behandelt und bearbeitet. und Vorstellungen des Kunden oder Auftraggebers.

Synergie: Die Einordnung in den Verbund der Fraunhofer-Gesellschaft mit ihren 58 Instituten und den im Jahre 2001 gegründeten Life Sciences-Verbund der fünf Fraunhofer-Institute (IBMT, IGB, IME, ITEM, IZI) schafft Synergie-Effekte. Fachkenntnisse aus unterschiedlichsten Forschungsfeldern können in Koopera- tionen genutzt werden und erlauben eine kompetente Bearbeitung auch multidisziplinärer Fragestellungen. Durch Kooperationsverträge werden für IBMT-Kunden vollständige Wert- schöpfungsketten durch Sicherstellung des Anlagenbaues und der Material- entwicklung garantiert.

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Projektanzahl Ziel

Wissenschaftlich- Machbarkeits- Prototyp- Fertigungs- Feldtests Markt technische Entwicklung technologie Beratung studie

- existierendes - Studien, - Spezialmodule, - Test unter Feld- - Produktent- Qualitäts- Know-how, - mechanische bedingungen, wicklung, sicherung - Literaturstudien, - Simulation, Baugruppen, - Evaluierung, - Optimierung - Patentrecherche, - Elektronik, - Zuverlässig- der Produktions- - Expertisen, - Experimente - Verbindungs- keitsanalyse, technologie, - Marktanalysen techniken, - Optimierung, - Kleinserien- - Spezialsoftware, - Testunter- produktion, - Definition von stützung - Technologie- Testkriterien transfer

Anwendungsorientierte Grundlagenforschung

Risikominimierte Produktentwicklung.

Phasenmodell: das Fraunhofer-Institut für Biomedizini- Die Projektarbeit erfolgt im Fraunhofer- sche Technik auch Hilfestellung bei Institut für Biomedizinische Technik wie Marketing und Qualitätssicherung. folgt: Am Beginn eines Projektes steht Dies steht im Dienste des Produktions- eine wissenschaftlich-technische Bera- anlaufes und der Risikominimierung im tung. Hierbei werden anhand des exis- Rahmen der Fertigung. Der Kunde hat tierenden Know-how sowie mittels die Möglichkeit, seinen Auftrag ent- Literatur-, Patent- und Marktrecher- sprechend dieser Phasen ein- und auf- chen die möglichen Probleme des Pro- zuteilen und am Ende jeder einzelnen jektes aufbereitet und das Projektrisiko Stufe neu zu entscheiden, ob es für ihn abgeschätzt. Darauf folgt eine Mach- lohnt, in die nächste Phase einzutre- barkeitsstudie, die das Projekt spezifi- ten. Dieses Kriterium erleichtert dem ziert und den Aufwand abschätzt. Eine Kunden wie auch dem IBMT die Auf- Laborprototyp-Entwicklung dient dem tragsvergabe bzw. -annahme und praktischen Funktionsnachweis in Form führt zu überschaubaren, kalkulierba- eines Demonstrators. Diese Phase ren Projektzeiten und Projektkosten. mündet in die Feldprototyp-Entwick- lung, an deren Ende umfangreiche Tests stehen. Daraus ergeben sich Erfahrungen mit Kunden. Das Rede- sign, die Technologieoptimierung, die Kleinserienfertigung und der Technolo- gietransfer sind Elemente der Produk- tionsvorbereitung. Begleitend leistet

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Verträge und Patentvereinbarungen Kunden

Vertragsabschluss: und übergeordneter Leitprojekte. In Neben Auftraggebern aus dem biome- Faire und verlässliche Vertragsbedin- diesem Zusammenhang werden admi- dizinischen und medizintechnischen gungen für den Kunden sind das nistrative und koordinative Aufgaben Bereich sowie der Biotechnologie oberste Gebot. Dabei werden die Wis- übernommen und eine gute Kommu- gehören auch Auftraggeber anderer senschaftler und Ingenieure von einer nikation zwischen den Projektpartnern Industriesparten (Umwelttechnik, erfahrenen Vertragsabteilung innerhalb im Verbund sichergestellt, um Rei- Chemie, Pharmazie, Materialtechnik, der Fraunhofer-Gesellschaft unter- bungsverluste zu minimieren. Kfz-Technik, Hydraulik, Maschinenbau, stützt. Anlagenbau, Sensor-Systeme) zu Schulungen: den Kunden des Fraunhofer-Instituts Nutzungsrechte: Als Dienstleistung für den Kunden bie- für Biomedizinische Technik. Das IBMT Über die Nutzungsrechte an den in der tet das IBMT auch die Schulung von arbeitet seit seiner Gründung mit Auftragsbearbeitung entstandenen Mitarbeitern im Hinblick auf die Ein- Unternehmen unterschiedlicher Patenten verfügt allein der Kunde. führung neuer Verfahren und Techno- Größen zusammen. Nach den Wünschen des Kunden wer- logien an. Diese kann direkt vor Ort im den individuelle Vereinbarungen Betrieb des Kunden erfolgen. getroffen. Das IBMT wird durch mehr als fünf renommierte Patentanwalts- Qualitätssicherung: kanzleien vertreten. Die Wissenschaftler und Entwicklungs- ingenieure des Fraunhofer-Instituts für Koordination: Biomedizinische Technik arbeiten nach Das Fraunhofer-Institut für Biomedizini- den Regeln des modernen Projektma- sche Technik ist erfahren in der Koordi- nagements. Die Projekte und Arbeiten nation komplexer Verbundvorhaben unterliegen einer sorgfältigen und permanenten Überprüfung nach Zeit und Kosten und sind auf einen erfolgreichen Projektabschluss hin ausgerichtet. Computerunterstütztes Projekt-Con- trolling begleitet jeden Einzelauftrag.

Fördermöglichkeiten: Die Fraunhofer-Gesellschaft hilft dem Kunden dabei, alle Möglichkeiten der Projektförderung auszuschöpfen. Eine langjährige Erfahrung bei der Beantra- gung von Fördermitteln der Europäi- schen Union, des Bundesministeriums für Bildung und Forschung BMBF oder anderer Zuwendungsgeber unterstützt den Kunden in Fragen der Finanzie- rung von Forschungsprojekten.

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Innovationskatalog

Das Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik bietet seinen Partnern neue Produkte, Technologien und Verfahren an, auch für die Herstellung, Vermarktung oder Verwertung von Patenten und Lizenzen. Es sei auf die Kompetenzmatrix und den folgenden Innovationskatalog hingewiesen.

Produkt Markt Ansprechpartner im Institut Entwicklungsplattform für Medizintechnik, Neurostimulation Dr.-Ing. Klaus Peter Koch modulare Implantate Tel.: +49 (0) 6894/980-404 Neuromonitoring Medizin, Arbeitsmedizin, Prof. Dr. Klaus-Peter Hoffmann Wellness Tel.: +49 (0) 6894/980-401 Implantatkapselung Medizintechnik, Medizin Dr.-Ing. Klaus Peter Koch Tel.: +49 (0) 6894/980-404 Implantierbare Mikroelektroden Medizintechnik, Medizin Dr.-Ing. Klaus Peter Koch Tel.: +49 (0) 6894/980-404 Elektrostimulation Medizintechnik, Medizin Prof. Dr. Klaus-Peter Hoffmann Tel.: +49 (0) 6894/980-401 Interoperative Monitorsysteme Medizintechnik, Chirurgie Prof. Dr. Klaus-Peter Hoffmann Tel.: +49 (0) 6894/980-401 Neue Materialien für Medizintechnik, Medizin Prof. Dr. Klaus-Peter Hoffmann Oberflächenelektroden Tel. +49 (0) 6894/980-401 Elektroden für Muskeln, Nerven und Biohybride Medizintechnik, Medizin Dr.-Ing. Klaus Peter Koch Systeme; Neuro-Stimulatoren; Implantat-Entwicklung Tel.: +49 (0) 6894/980-404 Tele-Medizinische Kommunikations- Telematik, Medizin Dipl.-Phys. Bertram Bresser Software/Telematische Medizinprodukte Tel.: +49 (0) 6894/980-206 Optische Tomographie humaner Dermatologie, Pharmazie, Kosmetik Prof. Dr. Karsten König Haut / Zellen und Geweben in vivo, Drugscreening Tel.: +49 (0) 6894/980-150 Mikro- und Nanoprocessing von Medizintechnik/Biologie, Nanostrukturierung Prof. Dr. Karsten König Zellen, Geweben und Materialien Tel: + 49 (0) 6894/980-150 Durchfluss-Sensoren Medizin, Lebensmittelindustrie Dr. Thomas Velten Chemie, Umweltprüfung Tel.: +49 (0) 6894/980-301 Sensor zur Bestimmung der Nässe Medizintechnik Dr. Thomas Velten der Mundhöhle Tel.: +49 (0) 6894/980-301 Mikrofluidik-Aufsätze für Lab-on-Chip-Systeme; Medizin, Biotechnologie, Dr. Thomas Velten Mikrofluidische Applikationen auf Wafer »Mikrofluidik-Prober« Pharmazie Tel.: +49 (0) 6894/980-301 Medizinische Telemetrie-Systeme, Medizintechnik, Medizin Dr. Oliver Scholz Biomonitoring-Systeme (Infrarot, induktiv, RF) Tel.: +49 (0) 6894/980-157 Mikro- und nanostrukturierte Biotechnologie, Medizin, Pharmazie Dr. Thomas Velten biokompatible Substrate (Polysulfon, Polyimid, PMMA, ...) Tel.: +49 (0) 6894/980-301 Abscheiden und Charakterisieren Beschichtungs- und Verbindungs- Dr. Thomas Velten dünner Schichten technik Tel.: +49 (0) 6894/980-301 Aufbau- und Verbindungstechnik Sensorik, Aktorik, Mikrosysteme, Dr. Thomas Velten für miniaturisierte Systeme Medizintechnik, Biotechnologie Tel.: +49 (0) 6894/980-301 Technologie zur Qualitätssicherung Medizin, Werkstoffprüfer, Dipl.-Ing. Christian Degel von Ultraschall-Wandlern Maschinen- und Anlagenbau Tel.: +49 (0) 6894/980-221 Ultraschall-Wandler Abstandsmessung (Einparkhilfen), Produkte in Dipl.-Ing. Christian Degel der Prozesskontrolle, Gas-Durchflussmessung Tel.: +49 (0) 6894/980-221 Produkte im Bereich Füllstandsmessung, Durch- flussmessung für Flüssigkeiten, Nicht zerstörende Prüfung (NDT), Produkte und Prototypen im Bereich: Flussmesstechnik, Medizintechnik, Sonar, Abstandsmessung Leistungs-Ultraschall-Wandler (Leistungsschall, Schweißen, Reinigen, Sonar, therapeutischer Dipl.-Ing. Christian Degel Sonotroden, Reinigungsschwinger) Ultraschall, Sonochemie, Verfahrenstechnik Tel.: +49 (0) 6894/980-221

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Ultraschall-Wandler (Array-Technik) Abbildende Verfahren in der Industrie Dipl.-Ing. Christian Degel und Medizintechnik Tel.: +49 (0) 6894/980-221 Entwicklung von Fertigungstechnologie Ultraschallsensoren Dipl.-Ing. Christian Degel Tel.: +49 (0) 6894/980-221 Sensorproduktion Gerätehersteller Dr. Frank Tiefensee Tel.: +49 (0) 6897/9071-12 Ultraschall-Elektronik Beamformer-, Sende-, Empfangs- Dipl.-Ing. Peter Weber Elektronik Tel.: +49 (0) 6894/980-227 Phased-Array-System Ultraschalldiagnose Dipl.-Ing. Peter Weber Tel.: +49 (0) 6894/980-227 Sende-Empfangselektronik Ultraschalldiagnose, Dipl.-Ing. Peter Weber Nichtmedizinischer Ultraschall Tel.: +49 (0) 6894/980-227 Bildgebender Ultraschall Medizinischer Gerätemarkt, Dr. Robert Lemor klinische Forschung, 2-D, 3-D Tel.: +49 (0) 6894/980-225 Hochauflösender Ultraschall zur Biomedizinische Technik, Dr. Robert Lemor Untersuchung von Zell- und Gewebestrukturen Pharmaindustrie Tel.: +49 (0) 6894/980-225 Therapiekontrolle Medizin, Hyperthermie, Koagulations- Dr. Robert Lemor prozesse, klinische Forschung Tel.: +49 (0) 6894/980-225 Ultraschall-Prozesssensorik Kontrolle von Polymerisations- Dipl.-Ing. Steffen Tretbar und Vulkanisationsprozessen Tel.: +49 (0) 6894/980-226 Abstandsmesstechnik Prozesskontrolle, Prozesssicherheit, Dipl.-Ing. Matthias Molitor Messtechnik Tel.: +49 (0) 6894/980-210 Füllstands-Messtechnik Mess-, Umwelt- und Verfahrens- Dipl.-Ing. Matthias Molitor technik Tel.: +49 (0) 6894/980-210 Therapeutischer Ultraschall Ophtalmologie, Physiotherapie, Dipl.-Ing. Christian Degel Dentalmedizin Tel.: +49 (0) 6894/980-221 Ultraschall-Strömungsmessung Medizin, Technik, Flüssigkeiten, Gase Dipl.-Ing. Christian Degel Tel.: +49 (0) 6894/980-221 Ultraschall-Signalverarbeitung Parameterextraktion Dr. Robert Lemor Tel.: +49 (0) 6894/980-225 Ultraschallbasierte chirurgische Medizin Dr. Robert Lemor Systeme (Planung, Navigation, Visualisierung) Tel.: +49 (0) 6894/980-225 Magnetische Resonanz zur Untersuchung der Pharmaindustrie, Kosmetikindustrie Priv.-Doz. Dr. Frank Volke Penetration kosmetischer und pharmazeutischer Cremes Tel.: +49 (0) 6894/980-405 und Salben durch die Haut Polymercharakterisierung Reifenindustrie, Ölindustrie, Neue Materialien Priv.-Doz. Dr. Frank Volke Tel.: +49 (0) 6894/980-405 Flussmesstechnik in porösen Materialien, Biotechnologie, chemische Analyse (HPLC) Priv.-Doz. Dr. Frank Volke Röhren und Kapillaren Prozesstechnologie Tel.: +49 (0) 6894/980-405 In-situ-Katalysator-Entwicklung Automobilindustrie, Polymerindustrie Priv.-Doz. Dr. Frank Volke Tel.: +49 (0) 6894/980-405 Bau von HF-Systemen für die Magnetische Resonanz Medizin, Werkstoffwissenschaften, Priv.-Doz. Dr. Frank Volke im Frequenzbereich von 1 MHz bis 750 MHz Prüftechnik Tel.: +49 (0) 6894/980-405 Entwicklung und Produktion von klinisch zertifizierten Medizin, Radiologie Priv.-Doz. Dr. Frank Volke Spulen für MRI-Scanner, MR-Endoskope, MR-Mikrospulen Tel.: +49 (0) 6894/980-405 Untersuchung der Struktur und Dynamik komplexer Molekül- Chemie, Polymerindustrie, Biotechnologie Priv.-Doz. Dr. Frank Volke strukturen mittels mehrdimensionaler NMR, AFM, SIM, FT-IR Tel.: +49 (0) 6894/980-405 und den entsprechenden mikroskopischen Techniken Arzneimittelvalidierung mittels NMR- Medizin, Arzneimittelindustrie Priv.-Doz. Dr. Frank Volke Spektroskopie, -Bildgebung und -Mikroskopie Tel.: +49 (0) 6894/980-405 Durchführung klinischer Studien für Medizin, Arzneimittelindustrie Priv.-Doz. Dr. Frank Volke die Arzneimittelvalidierung Tel.: +49 (0) 6894/980-405

Jahresbericht 2005 35 05_051349frin_GFB 29.11.2005 14:44 Uhr Seite 36

Nichtinvasive Prozesskontrolle Lebensmittel, Gefriertrocknung, Priv.-Doz. Dr. Frank Volke in der Lebensmitteltechnologie Lagerung, Qualitätsbestimmung Tel.: +49 (0) 6894/980-405 Biofilme an Grenzflächen Biotechnologie, Energiewirtschaft Priv.-Doz. Dr. Frank Volke Tel.: +49 (0) 6894/980-405 Bildverarbeitungssoftware Medizin, Andere Priv.-Doz. Dr. Frank Volke 2-D 3-D Tel.: +49 (0) 6894/980-405 Molekulare Struktur, Dynamik, Diffusion Materialwissenschaft, Bauindustrie, Priv.-Doz. Dr. Frank Volke In Verbundmaterialien Luft-und Raumfahrt, Autoindustrie, Tel.: +49 (0) 6894/980-405 Medizintechnik Qualitätsbestimmung von Saatgut, nichtinvasive Landwirtschaft Priv.-Doz. Dr. Frank Volke On-Line-Beobachtung des Keimungsprozesses Tel.: +49 (0) 6894/980-405 CAD/CAM Medizintechnik, Feinmechanik, Andere Priv.-Doz. Dr. Frank Volke Tel.: +49 (0) 6894/980-405 Optimierung von Gefrierprozessen und Kryobiologie, Lebensmittelindustrie Priv.-Doz. Dr. Frank Volke On-Line-Kontrolle Tel.: +49 (0) 6894/980-405 Struktur und Dynamik pharmazeutisch Pharmaindustrie, Nachwachsende Rohstoffe Priv.-Doz. Dr. Frank Volke relevanter Pflanzen und Organismen Tel.: +49 (0) 6894/980-405 Consulting/Gutachten: Nichtinvasive Joint Venture Kapital, Spin-off Firmen Priv.-Doz. Dr. Frank Volke Bildgebungsverfahren, neue Technologien Tel.: +49 (0) 6894/980-405 Simulationstechnik und -technologie Medizin, Werkstoffprüfung, Dipl.-Phys. Daniel Schmitt im Bereich Ultraschall Maschinen- und Anlagenbau Tel.: +49 (0) 6894/980-120 Akustikberechnungen Automotive, Maschinenbau, Dipl.-Phys. Daniel Schmitt Prüf- und Prozesstechnik Tel.: +49 (0) 6894/980-120 Mikrofluidik, CFD Medizin, Biotechnologie, Dipl.-Phys. Daniel Schmitt Prozesstechnik Tel.: +49 (0) 6894/980-120 Mikroakustik Medizin, Dipl.-Phys. Daniel Schmitt Prüf- und Prozesstechnik Tel.: +49 (0) 6894/980-120 MEMS-Modellierung Medizin, Biotechnologie, Dipl.-Phys. Daniel Schmitt Nanotechnologie Tel.: +49 (0) 6894/980-120 Ultraschall-Wandler-Simulationen (pMUT) Medizin, Biotechnologie Dipl.-Phys. Daniel Schmitt Prüf- und Prozesstechnik Tel.: +49 (0) 6894/980-120 3-D-Rekonstruktion und Visualisierung Medizin, Biotechnologie Dipl.-Phys. Daniel Schmitt Tel.: +49 (0) 6894/980-120 Dielektrische Spektroskopie auf Einzelzellbasis Medizin, Biotechnologie, Pharmazie, Diagnostik Dipl.-Biophys. Magnus Jäger Tel.: +49 (0) 30/20 93-8808 Mikrofluidische Durchflusssysteme mit Medizin, Biotechnologie, Pharmazie, Diagnostik Dipl.-Biophys. Magnus Jäger integrierter Elektro- und Dielektrophorese Tel.: +49 (0) 30/20 93-8808 Elektrofusion Medizin, Biotechnologie, Pharmazie Dipl.-Biophys. Magnus Jäger Tel.: +49 (0) 30/20 93-8808 Optische und elektrische Werkzeuge zur berührungsfreien Medizin, Biotechnologie, Pharmazie, Diagnostik Dipl.-Biophys. Magnus Jäger Partikelmanipulation in Suspension und Kulturmedien Tel.: +49 (0) 30/20 93-8808 Chipbasiertes Sortieren von Zellpopulationen, Medizin, Biotechnologie, Pharmazie Dipl.-Biophys. Magnus Jäger Beladen mit Agenzien, gezielte Partikelaggregation Tel.: +49 (0) 30/20 93-8808 Charakterisierung der Zelladhäsion Medizin, Biotechnologie, Pharmazie Dipl.-Biophys. Magnus Jäger auf funktionalisierten Oberflächen Tel.: +49 (0) 30/20 93-8808 Einzelzell-Analyse im fluidischen System Krebsforschung, klinische Diagnostik, Dr. Andreas Lankenau Biotechnologie Tel.: +49 (0) 30/2093-8767 Beeinflussungsfreie Charakterisierung Biotechnologie, Stammzellforschung Dr. Andreas Lankenau von Zellzuständen mittels Zellspuranalytik Tel.: +49 (0) 30/2093-8767 Mikro-Kontakt-Stempeln von Biomolekülen Biotechnologie, Stammzellforschung Dr. Andreas Lankenau und beschichteten Partikeln Tel.: +49 (0) 30/2093-8767 Sub-µm Abbildungen mittels paralleler Fluoreszenz-, Rasterkraft- Biotechnologie Dr. Andreas Lankenau und Interferenz-Reflexions-Mikroskopie (IFM, AFM, IRM) Tel.: +49 (0) 30/2093-8767

36 Jahresbericht 2005 05_051349frin_GFB 29.11.2005 14:44 Uhr Seite 37

Algenkultursammlung kryophiler Reinigungsmittel-, Pharma-, Lebensmittel-, Dr. Thomas Leya Mikroalgen (CCCryo) Futtermittel- und Kosmetikindustrie Tel.: +49 (0) 30/2093-8350 Anzucht von Algenrohmaterial Reinigungsmittel-, Pharma-, Lebensmittel-, Dr. Thomas Leya nach Kundenspezifikationen Futtermittel- und Kosmetikindustrie Tel.: +49 (0) 30/2093-8350 DNA, RNA, cDNA für Downstreamprozesse Reinigungsmittel-, Pharma-, Lebensmittel-, Dr. Thomas Leya Futtermittel- und Kosmetikindustrie Tel.: +49 (0) 30/2093-8350 Biomolekulare Nanostrukturierung Biotechnologie, Medizin, Pharmazie, Prof. Dr. Frank F. Bier Bioinformatik, EDV Tel: +49 (0) 33200/88-378 Optische Biosensoren für Sprengstoff- Umweltanalytik, Medizin, Lebens- Prof. Dr. Frank F. Bier derivate, Hormone, Pestizide mitteltechnologie, Diagnostik Tel: +49 (0) 33200/88-378 Microarray und Biochipherstellung Diagnostik, Umweltanalytik, Dr. Eva Ehrentreich-Förster Lebensmittelanayltik Tel.: +49 (0) 33200/88-293 PCR auf dem Chip Diagnostik, Umweltanalytik, Dr. Markus von Nickisch-Rosenegk Lebensmittelanayltik Tel.: +49 (0) 33200/88-207 Molekularbiologische DNA-Konstrukte Biotechnologie, Priv.-Doz. Dr. Ralph Hölzel Nanobiotechnologie Tel.: +49 (0) 33200/88-289 Datenbank Zugriff für Biochip-Daten LIMS für das Biochip- Biotechnologie, Pharmazie, Diagnostik Dipl.-Biol. Rothin Strehlow Handling von der Produktion bis zur Auswertung Tel.: +49 (0) 33200/88-296 Oberflächencharakterisierung mit Biotechnologie Dipl.-Ing. Alexander Christmann Rastersondenmikroskopie (AFM, SNOM) Tel.: +49 (0) 33200/88-296 Biochip-Detektion Biotechnologie, Pharmazie, Diagnostik Dr. Nenad Gajovic-Eichelmann Tel.: +49 (0) 33200/88-350 Elektrochemische Biosensoren Biotechnologie, Pharmazie, Diagnostik, Dr. Nenad Gajovic-Eichelmann Lebensmittelindustrie Tel.: +49 (0) 33200/88-350 In-vitro-gewebebasierte Biosensoren zum Test der Pharmazie, Medizin, Medizintechnik, Dr. Hagen Thielecke physiologischen Wirkung von Substanzen Umweltüberwachung Tel.: +49 (0) 6894/980-162 Katheter-Sensorik zur mikro- Medizin, Medizintechnik Dr. Hagen Thielecke anatomischen Untersuchung von Gefäßen Tel.: +49 (0) 6894/980-162 Präklinische Tests von Nanopartikeln Biotechnologie, Pharmazie, Neue Materialien Priv.-Doz. Dr. Hagen von Briesen zum gezielten Wirkstofftransport Tel.: +49 (0) 6894/980-286 Zellkulturmodelle der Blut-Hirn-Schranke (BBB) Medizin, Biotechnologie, Pharmazie Priv.-Doz. Dr. Hagen von Briesen Tel.: +49 (0) 6894/980-286 Tieftemperaturmesstechnik (digital/analog) Elektronik Prof. Dr. Heiko Zimmermann Tel.: +49 (0) 6894/980-246 Echtzeit-Infrarotthermographie Medizin, Biotechnologie, Neue Materialien Prof. Dr. Heiko Zimmermann Tel.: +49 (0) 6894/980-246

Kontakt und weitere Informationen

Bitte rufen Sie uns an, wenn Sie Fraunhofer-Institut für Fragen haben, weitere Informationen Biomedizinische Technik IBMT oder ein konkretes Angebot wün- Ensheimer Straße 48 schen. Publikationen und Broschüren 66386 St. Ingbert senden wir Ihnen gerne zu. Besuchen Telefon: +49 (0) 6894/980-0 Sie unsere Internetseiten: Fax: +49 (0) 6894/980-400 http://www.ibmt.fraunhofer.de. Marketing/ Öffentlichkeitsarbeit Dipl.-Phys. Annette Maurer Telefon: +49 (0) 6894/980-102 [email protected]

Jahresbericht 2005 37 05_051349frin_GFB 29.11.2005 14:44 Uhr Seite 38

Das Institut in Zahlen

Mitarbeiter aus St. Ingbert und Sulzbach IBMT-Mitarbeiter und Gäste anlässlich des bei einem Betriebsausflug 2005. Richtfestes am 22. Juni 2005 – Institutsneubau Golm.

– Mitarbeiterentwicklung – Betriebshaushalt – Vertragsforschung mit der Wirtschaft

38 Jahresbericht 2005 05_051349frin_GFB 29.11.2005 14:45 Uhr Seite 39

Mitarbeiterentwicklung Anzahl 250

Im Jahr 2005 waren am Fraunhofer- 12 14 Institut für Biomedizinische Technik 200 4 6 IBMT 178 wissenschaftliche, techni- 9 30 32 6 6 45 sche und verwaltende Mitarbeiter 150 45 (inklusive Lehrstühle) sowie 32 studen- 44 50 47 tische Hilfskräfte und 33 Praktikanten 100 beschäftigt. Zusätzlich arbeiteten 12 Gastwissenschaftler längere Zeit im 50 103 104 123 150 141 169 178 Institut.

Betriebshaushalt 0 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 Der voraussichtliche Betriebshaushalt Gäste Student. Hilfskräfte Mitarbeiter gesamt 2005 wird 11,7 Mio. € betragen. Personalentwicklung von 1999 bis 2005.

Anzahl Der Anteil der Industrieerlöse zur 450 Deckung des Gesamtaufwandes beträgt im Jahre 2005 voraussichtlich 400 399 2,5 Mio. €. 379 380 350 322 328 310 Vertragsforschung mit der 300 299 290 283 Wirtschaft 250 242 Projektarbeit steht im Vordergrund 200 der Forschungsaktivitäten am Institut. Es war Ziel des Jahres 2005, die sehr 150 140 125 hohe Zahl der Projekte in den Jahren 111 119 2000 bis 2002 zugunsten größerer 100 93

Projekte zu verringern. Dies ist bei 50 steigendem Gesamtprojektumfang mit nunmehr 310 Projekten gelungen. 0 Davon entfielen 102 Projekte auf 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 industrielle Auftraggeber, das entspricht ca. 33 %. Projektentwicklung von 1991 bis 2005.

Verwaltungsleitung Bärbel Walter Telefon: +49 (0) 6894/980-104 [email protected]

Jahresbericht 2005 39 05_051349frin_GFB 29.11.2005 14:45 Uhr Seite 40

Die Fraunhofer-Gesellschaft auf einen Blick

Karte mit den Forschungseinrichtungen der Fraunhofer-Gesellschaft und den Standorten des IBMT.

– Gesamtkompetenz im Überblick – Forschungsfelder – Zielgruppen – Leistungsangebot – Vorteile der Vertragsforschung

40 Jahresbericht 2005 05_051349frin_GFB 29.11.2005 14:45 Uhr Seite 41

Die Gesellschaft umfasst zur Zeit 58 gen die Fraunhofer-Institute zur Wett- Institute, die sich in acht thematischen bewerbsfähigkeit der Region, Deutsch- Forschungsfeldern organisieren. Auf- lands und Europas bei. Dabei zielen sie grund der starken Interdisziplinarität auf eine wirtschaftlich erfolgreiche, im Feld der Biotechnologie ist es ein sozial gerechte und umweltverträgliche gravierender Vorteil der Fraunhofer- Entwicklung der Gesellschaft. Gesellschaft mit ihren Instituten und Verbünden, nahezu alle Technologie- Ihren Mitarbeiterinnen und Mitarbei- felder aus Forschung und Industrie tern bietet die Fraunhofer-Gesellschaft abdecken zu können. Zur optimalen eine Plattform zur fachlichen und per- Nutzung dieser Kompetenz durch sönlichen Entwicklung für anspruchs- unsere Auftraggeber sind deshalb im volle Positionen in ihren Instituten, in Folgenden die Kerngebiete der Fraun- anderen Bereichen der Wissenschaft, hofer-Gesellschaft zusammengestellt. in Wirtschaft und Gesellschaft.

Gesamtkompetenz im Überblick Die Fraunhofer-Gesellschaft betreibt derzeit rund 80 Forschungseinrichtun- Die Fraunhofer-Gesellschaft betreibt gen (davon 58 Institute) an über 40 Joseph von Fraunhofer. anwendungsorientierte Forschung zum Standorten in ganz Deutschland. Rund unmittelbaren Nutzen für Unterneh- 12 600 Mitarbeiterinnen und Mitarbei- men und zum Vorteil der Gesellschaft. ter, überwiegend mit natur- oder inge- Vertragspartner und Auftraggeber sind nieurwissenschaftlicher Ausbildung, Industrie- und Dienstleistungsunter- bearbeiten das jährliche Forschungsvo- Mitglieder der 1949 gegründeten und nehmen sowie die öffentliche Hand. lumen von über 1 Milliarde €. Davon als gemeinnützig anerkannten Fraun- Im Auftrag und mit Förderung durch fallen mehr als 900 Millionen € auf hofer-Gesellschaft sind namhafte Ministerien und Behörden des Bundes den Leistungsbereich Vertragsfor- Unternehmen und private Förderer. und der Länder werden zukunftsrele- schung. Für rund zwei Drittel dieses Von ihnen wird die bedarfsorientierte vante Forschungsprojekte durchge- Leistungsbereichs erwirtschaftet die Entwicklung der Fraunhofer-Gesell- führt, die zu Innovationen im öffentli- Fraunhofer-Gesellschaft Erträge aus schaft mitgestaltet. chen Nachfragebereich und in der Aufträgen der Industrie und öffentlich Ihren Namen verdankt die Gesellschaft Wirtschaft beitragen. finanzierten Forschungsprojekten. Ein dem als Forscher, Erfinder und Unter- Drittel wird von Bund und Ländern bei- nehmer gleichermaßen erfolgreichen Mit technologie- und systemorientier- gesteuert, um damit den Instituten die Münchner Gelehrten Joseph von ten Innovationen für ihre Kunden tra- Möglichkeit zu geben, Problemlösun- Fraunhofer (1787–1826). gen vorzubereiten, die in fünf oder zehn Jahren für Wirtschaft und Gesell- schaft aktuell werden.

Niederlassungen in Europa, in den USA und in Asien sorgen für Kontakt zu den wichtigsten gegenwärtigen und zukünftigen Wissenschafts- und Wirt- schaftsräumen.

Jahresbericht 2005 41 05_051349frin_GFB 29.11.2005 14:45 Uhr Seite 42

Forschungsfelder – Im Auftrag von Bund und Ländern Vorteile der Vertragsforschung werden strategische Forschungspro- Forschung und Entwicklung sind in jekte durchgeführt. Sie dienen der Durch die Zusammenarbeit aller Insti- der Fraunhofer-Gesellschaft in acht Förderung von Schlüsseltechnologien tute stehen den Auftraggebern der Institutsgruppen (Cluster) zusammen- und Innovationen auf Gebieten, die Fraunhofer-Gesellschaft zahlreiche gefasst: von besonderem öffentlichen Interes- Experten mit einem breiten Kompe- – Werkstofftechnik/Bauteilverhalten se sind, wie z. B. der Umweltschutz, tenzspektrum zur Verfügung. Gemein- – Produktionstechnik/Fertigungs- die Energietechniken und die same Qualitätsstandards und das pro- technologie Gesundheitsvorsorge. Im Rahmen fessionelle Projektmanagement der – Informations- und Kommunikations- der Europäischen Union beteiligt sich Fraunhofer-Institute sorgen für verläss- technik die Fraunhofer-Gesellschaft an Tech- liche Ergebnisse der Forschungsaufträ- – Mikroelektronik/Mikrosystemtechnik nologieprogrammen, die der Steige- ge. Modernste Laborausstattungen – Sensortechnik und -systeme rung der Wettbewerbsfähigkeit der machen die Fraunhofer-Gesellschaft – Verfahrenstechnik europäischen Wirtschaft dienen. für Unternehmen aller Größen und – Energie- und Bautechnik, Umwelt- Branchen attraktiv. Neben der Zuver- und Gesundheitsforschung Leistungsangebot lässigkeit einer starken Gemeinschaft – Technisch-ökonomische sprechen auch wirtschaftliche Vorteile Studien/Informationsvermittlung Die Fraunhofer-Gesellschaft bietet For- für die Zusammenarbeit, denn die schung und Entwicklung in vielen Leis- kostenintensive Vorlaufforschung Zur Stärkung der Biowissenschaften tungsbereichen an: bringt die Fraunhofer-Gesellschaft wurde im Jahre 2001 der Life Sciences- – Produktoptimierung, Entwicklung bereits als Startkapital in die Partner- Verbund, bestehend aus vier Gründer- von Prototypen, Optimierung von schaft ein. instituten (IBMT, IGB, IME, ITEM) und Verfahren und Entwicklung neuer dem im Aufbau befindlichen IZI Prozesse installiert. – Einführungsunterstützung neuer betrieblicher Organisationsformen Zielgruppen und Technologien durch – Erprobung in Demonstrations- Die Zielgruppen der Fraunhofer-Gesell- zentren mit modernster Geräte- schaft sind die Wirtschaft und die ausstattung öffentliche Hand. – Schulung der beteiligten Mitar- – Für Auftraggeber aus der Wirtschaft beiter vor Ort erarbeitet die Fraunhofer-Gesell- – Service-Leistungen auch nach schaft technische und organisatori- Einführung neuer Verfahren und sche Problemlösungen bis zur Ein- Produkte satzreife. Sind Systemlösungen – Technologieberatung durch gefragt, arbeiten mehrere Fraunho- – Machbarkeitstudien fer-Institute unter Führung und Koor- – Marktbeobachtungen dination eines auftragnehmenden – Trendanalysen Institutes zusammen. – Wirtschaftlichkeitsberechnungen – Förderberatung, insbesondere für den Mittelstand – Prüfdienste und Erteilung von Prüf- siegeln – Ausgründung von Firmen – Beratung zu Firmenkonzepten – Erarbeitung von Wirtschaftskon- zepten

42 Jahresbericht 2005 05_051349frin_GFB 29.11.2005 14:45 Uhr Seite 43

Ausgewählte Forschungs- ergebnisse und Anwendungen

Prüfung eines Biochip-Arrays. (Foto: ©Jan Woitas dpa/lbn 27.07.2005).

– Mikrosysteme/Lasermedizin – Biohybride Systeme – Medizintechnik & Neuroprothetik – Medizinische Biotechnologie (AMBT) – Molekulare Bioanalytik & Bioelektronik – Zelluläre Biotechnologie & Biochips – Kryobiophysik & Kryotechnologie – Zelldifferenzierung & Zelltechnologie – Ultraschall – Medizin-Telematik – Computerunterstützte Simulationen – Biomedizinische Kompetenzzentren

Jahresbericht 2005 43 05_051349frin_GFB 29.11.2005 14:45 Uhr Seite 44

Mikrosysteme/Lasermedizin

Nanostrukturierung von Silizium-Wafern mittels Femtosekunden-Laser.

Angebote, Ergebnisse und Produkte der Arbeitsgruppen

– Magnetische Resonanz – Miniaturisierte Systeme – Lasermedizin

Projektbeispiel: Intelligente Zahnkrone mit integriertem Mikrosystem zur Closed-Loop-Stimulation der Speichelsekretion

Ausstattung

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Die Laser-Nanomedizin basiert auf Prozesse verschließt sich die Öffnung der Wirkung innovativer optischer typischerweise innerhalb von 5 Sekun- HighTech-Systeme im subzellulären den. In dieser Zeit konnten in einer Bereich. Ein solches System stellt der unserer Arbeitsgruppen Fremd-DNA nahe infrarote (NIR) Femtosekunden- kontaktfrei in das Innere verschiedener Laser in Kombination mit spezieller Zellen und in Tumorsphäroide einge- Scan- und Fokussieroptik dar. Für die schleust werden. Dauer von nur 100 Femtosekunden, in Mehr als 2 Millionen fehlsichtige Pati- der das Licht einen Weg von lediglich enten unterziehen sich jährlich einer einem Drittel der Haaresbreite zurück- LASIK-Operation, bei der mittels UV- legt, stellt der Laserpuls eine hohe Laserpulsen im Nanosekundenbereich Leistung von 10 kW bereit. Wird der und einer hohen Pulsenenergie von Laserstrahl mittels Zeiss-Optik beu- mehr als 1 Millijoule ein Teil des Stro- gungsbegrenzt fokussiert, stehen für mas entfernt wird. Da die darüberlie- diesen kurzen Moment enorme gende Epithelschicht partiell erhalten Lichtintensitäten (TW/cm2) zur Verfü- werden soll und der UV-Laser aufgrund die von der Abteilung Mikrosysteme/ gung, die unsere normale Sonnen- geringer Lichteindringtiefe nur ober- Lasermedizin zusammen mit der lichtintensität um 13 Größenordnun- flächig arbeiten kann, muss diese University of Amsterdam organisiert gen überbieten und im Target ein Plas- Gewebeschicht mittels mechanischem wurde. Die Tagung, die anlässlich des ma hervorrufen können. Dies kann zur Spezialhobel (»Mikrokeratom«) ent- 100. Todestages von Ernst Abbe präzisen Materialentfernung genutzt fernt werden. (1840–1905) im März in Jena statt- werden. Vorteilhafter wäre eine Laseroperation fand, wurde von ca. 700 Wissenschaft- Erstaunlicherweise konnten so erstmals im Augeninneren ohne mechanische lern besucht. Die FOM 2006 wird in Laser-Schnitte und Bohrungen in Chro- Schneidinstumente. Derzeit versuchen Perth/Australien stattfinden. mosomen und DNA-Molekülen im amerikanische Firmen verstärkte Fem- Auf Bitten der Deutschen und der Bereich um 70 Nanometern erreicht tosekunden-Laserpulse mit Pulsenergi- Schweizerischen Gesellschaft für Laser- werden. Diese Schnittbreite ist um den en im Mikrojoule-Bereich einzusetzen. medizin gestaltete die Abteilung Faktor 1 000 kleiner als die Breite eines Das Problem: Unsere Messungen erga- Mikrosysteme/Lasermedizin das Son- Haares und liegt um den Faktor 10 ben, dass mehr als 20 % der Laser- derheft Laser Nanomedicine unter der verwendeten Laserwellenlän- strahlung auf die Retina treffen kann (LMA 20 (2005) 3, Elsevier) mit Beiträ- ge. Derartige nanochirugische Eingriffe und die Gefahr einer laserinduzierten gen internationaler Laserexperten. Als lassen sich auch im Inneren einer ein- Sehstörung besteht. Die destruktiven Gasteditoren fungierten Prof. K. König zelnen vitalen Intragewebe-Zelle im Nebeneffekte skalieren mit der appli- vom IBMT und der Japaner Prof. W. Auge oder in der Tiefe der Haut durch- zierten Pulsenergie. Der Arbeitsgruppe Watanabe von der Universität Osaka. führen. Die Mikroumgebung wird nicht Lasermedizin gelang es nun, die einge- geschädigt. Prinzipiell können so z. B. setzte Pulsenergie der Femtosekunden- einzelne Tumorzellen, Nervenstränge laser um einen Faktor 1 000 zu senken. und Organellen ausgeschaltet werden Erstmals wurde demonstriert, dass Ansprechpartner (»optical knock-out«) ohne die Nach- auch unverstärkte Femtosekunden- Prof. Dr. Karsten König barn zu schädigen. Interessante Laserpulse der geringen Pulsenergie Telefon: +49 (0) 6894/980-150 Anwendungen sind z. B. der optische von lediglich 1 Nanojoule in der Lage [email protected] Gentransfer in Stammzellen und die sind, präzise Materialabtragungen im intraokulare Chirurgie zur Korrektur Auge zu realisieren. Interessanterweise von Fehlsichtigkeit. Der Transfer von lassen sich mit nJ-NIR-Laserpulsen auch Genen und pharmazeutischen Wirk- Silizium, Gold und Polymere nano- stoffen kann durch eine Nano-Permea- strukturieren. So gelang uns kürzlich tion in die Zellmembran erreicht wer- die Erzeugung periodischer selbstorga- den. Durch zelluläre Selbstreparatur- nisierender Sub-100nm-Strukturen in Siliziumwafern. Das Thema Laser-Nanomedizin war auch ein thematischer Schwerpunkt der diesjährigen Internationalen Konfe- renz Focus on Microscopy FOM2005,

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Angebote, Ergebnisse und Produkte der Arbeitsgruppen

Magnetische Resonanz

– Hydratationseigenschaften von – State-of-the-Art Gradientenspulen Biopolymeren und Werkstoffen für NMR-Microimaging, – Beschichtung von Oberflächen z. B. 200 G/cm Gradientensysteme (Biokompatibilität) in x,y,z-Richtung und Zeiten für die – In-vitro-und In-vivo-Studien zur Messbereitschaft beginnend bei Wirkung von Cremes und Salben auf 50 Mikrosekunden die Haut – NMR-Spulen für medizinische Ganz- – Untersuchung von Bioklebern körper-Tomografen, z. B. Lungen- – Untersuchung von Biosensoren Spule für MRI am klinischen Gerät – Zellen unter extremen Belastungen für (polarisiertes) Helium und/oder (z. B. Kryokonservierung, Kryo- Xenon protektion) – minimalinvasive NMR-Technik, – Zell-Zell- und Zell-Oberflächen- z. B. NMR-Spulen in Verbindung mit Wechselwirkung mit hochauflösen- endoskopischen Eingriffen der NMR-Spektroskopie – Magnetische Resonanz-Positionie- rungssysteme für medizinische Materialforschung (NMR, FT-IR, AFM) Eingriffe – molekulare Struktur und Dynamik in – CAD-CAM für Lebens- und Material- Biomedizinische Forschung Polymeren und Biopolymeren wissenschaft (NMR, FT-IR) – Diffusionsverhalten von Flüssigkeiten – Evaluierung von Wirkstoffen mit in Polymeren Sonstiges: NMR-Spektroskopie und MR-Imaging – NMR-Microimaging in Verbund- – Consulting und Studien (Forschungs- – NMR-Mikroimaging und MRI materialien einrichtungen, Gerichte, Unterneh- (Magnetresonanz-Tomografie) – Quellfähigkeit von Polymeren und men, Behörden) – Arzneimitteltest in Zellkulturen, Biopolymeren – Kurse für NMR-Spektroskopie und Tumorsphäroiden und künstlicher – Evaluierung von Filtermaterialien Mikroimaging (Industrie) Haut (chemische Industrie, Lebensmittel- – Formulierung von Wirkstoffen, technologie, Biotechnologie, Cremes, Gelen etc. Pharmazie) – Permeationsverhalten von Vesikeln, – Evaluierung der Schutzwirkung von Drug-Carriers und Zellen Wachsen Ansprechpartner – Wechselwirkung membranaktiver – selbstorganisierende Moleküle zur Priv.-Doz. Dr. Frank Volke Pharmaka mit Modell- und Bio- Herstellung von Nanostrukturen für Telefon: +49 (0) 6894/980-405 membranen den technischen Einsatz [email protected] – Liposomen als Wirkstoffträger – Charakterisierung (in vitro) von Zell- NMR-Technologie bestandteilen und Stoffwechselakti- – nichtinvasive NMR-Fluss-Messungen vitäten in Zellen mit hochauflösen- mit hoher Auflösung, schnelle Bild- den Festkörper-NMR-Techniken gebungsverfahren für On-Line-Kon- – molekulare Charakterisierung von trolle, Flussverhalten an Oberflächen Biomineralisierungsprozessen unterschiedlicher physiko-chemischer – Alterungsprozesse in Gelen, Cremes Eigenschaften (Biokompatibilität) etc. – schnelle 3-D-MR-Bildgebung auch für Festkörper – NMR-Probenköpfe für Spektroskopie und Microimaging mit Spulendurch- messer von 2 mm bis 40 mm, angepasst an entsprechende Untersu- chungsobjekte

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Miniaturisierte Systeme

– miniaturisierte Sensor- und Aktor- – Hybrid-integrierte Schichttechniken Systeme, auf Wunsch mit drahtloser (Dickschicht-, Dünnfilmtechnik) Ansteuerung/Datenakquisition – Abscheidung und Mikrostrukturie- – miniaturisierte Telemetriesysteme rung stressarmer Siliziumnitrid- (nicht nur) für medizinische Anwen- Schichten (PECVD) dungen (induktive Übertragung, – Abscheidung und Mikrostrukturie- Infrarot-Telemetrie, Funktelemetrie) rung feuchteundurchlässiger – ASIC-Design für größenoptimierte Parylene-Schichten Sensor-, Aktor- und Kommunika- – Abscheidung metallischer und dielek- tions-Elektronik trischer Schichten (Aufdampfen, – mikromechanische Silizium-Sensoren Sputtern) als massensensitive Bakterien- und Zellsensoren – Sensoren zum Messen der Speichel- menge im Mund Ansprechpartner – taktile Sensoren (Endoskopie, Dr. Thomas Velten Robotik) Telefon: +49 (0) 6894/980-301 – Mikrofluidik-Systeme als fluidisches [email protected] Interface zu Biosensoren und Bio- chips – Biozell-Handlingsysteme (z. B. mikro- mechanisch hergestellte Multidüsen- struktur zum parallelen Handling Lasermedizin mehrerer Zellen) – Mikro-Injektionschips für Zell- injektionen – Multiphotonen-Lasermikroskopie – Aufbau- und Verbindungstechnik mittels Femtosekunden-Laser im (u. a. von Mikroimplantaten und Bio- Nahen Infrarot (NIR) Analysechips) – optische Tomographie von Zellen – Design und Fertigung ultradünner und Geweben (5–10 µm), flexibler Printed Circuit – optische Melanom-Diagnostik und Boards mit Leiterbahnbreite ≥ 5 µm Drug-Screening – Mikrostrukturierung verschiedener, – Nanochirurgie innerhalb von Zellen insbesondere flexibler, biokompa- und Geweben – Imaging von ECM-Strukturen tibler Materialien (Ätzen, Heißprä- – Mikrostrukturierung (Elastin, Kollagen) gen, Silikonabformen) – Nanostrukturierung von Polymeren, – Detektion pathogener Mikroorga- – rotatives Heißprägen von (fluidi- Metallfilmen, Silizium nismen schen) Mikrostrukturen in groß- – optical trapping flächige Polymerfolien – stationäre und zeitaufgelöste Fluoreszenzspektroskopie – Fluoreszenz-Lifetime-Imaging (FLIM) Ansprechpartnerin – Ramanspektroskopie Dr. Iris Riemann – Zweiphotonen-Fluoreszenz-Korrela- Telefon: +49 (0) 6894/980-190 tions-Spektroskopie [email protected] – AFM – Elektronenmikroskopie – Vitalitätstest – Zellklonierungs-Assay – ROS-Detektion

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Projektbeispiel: Intelligente Zahnkrone mit integriertem Mikrosystem zur Closed-Loop-Stimulation der Speichelsekretion

Miniaturisierte Systeme

sche, psychologische und auch soziale Folgen. Hyposalivation führt zu schlechter Aussprache, Mundgeruch, Problemen beim Kauen und Schlucken, verändertem Geschmacksempfinden und es kann das Gefühl eines Bren- nens im Mundraum auslösen. Vor allem aber leiden die betroffenen Per- sonen verstärkt an Karies sowie an Ent- zündungen im Mundraum. Zur Behandlung von Xerostomie existieren verschiedene Methoden und Medika- mente. Diese reichen vom häufigen Spülen des Mundraums mit Flüssigkei- ten über die Stimulation der Speichel- sekretion durch Verwenden von Kau- gummi, Bonbons o. a. bis zum Einneh- men von Medikamenten. Mit Ausnah- me der Medikamente, wirken diese Maßnahmen nur unzureichend und nur während der Zeit der Anwendung. Abbildung 1: Blockschaltbild der Elektronik. Medikamente – wie z. B. Pilocarpine und Cevimeline – sind zwar wirksamer, führen aber zu Nebenwir- Ausgangssituation kungen bzw. dürfen nicht eingenommen werden von Patienten mit Krank- Mundtrockenheit (Xerostomie) ist ein schwankt zwischen einer maximalen heiten wie Glaukom, Asthma, chroni- Leiden, das in Europa bei etwa und einer minimalen Rate. Dabei wird sche Bronchitis, Schilddrüsenüberfunk- 20–30 % der älteren Personen auftritt. die Sekretion durch Kauen sowie das tion, welche gerade bei älteren Derzeit sind europaweit etwa 30 Mil- Schmecken, Riechen und Sehen von Menschen sehr verbreitet sind. Bei den lionen ältere Menschen davon betrof- Essen bis auf den 5–50 fachen Wert meisten Xerostomie-Erkrankungen ist fen. Aufgrund der zukünftigen demo- gesteigert. Diese peripheren Stimuli jedoch die Speicheldrüse selbst nicht graphischen Veränderungen wird der werden an das zentrale Nervensystem geschädigt, so dass sie keine Stimu- Anteil der an Mundtrockenheit leiden- übermittelt und führen zu einer ver- lation erfahren muss. den Menschen weiter steigen. stärkten Speichelabsonderung. Meis- Eine wirksame langanhaltende und Speichel erfüllt mehrere wichtige Auf- tens resultiert Mundtrockenheit aus nebenwirkungsarme Behandlungs- gaben. Er erleichtert z. B. die einer Unterfunktion der Speicheldrüsen methode für Patienten mit Xerostomie Geschmackswahrnehmung, leitet den (Hyposalivation); der Speichelfluss kann ist derzeit nicht vorhanden. Aufschluss von Speisestärke ein, in diesem Fall den Speichelverlust im schmiert die Oberflächen der Mund- Mundraum nicht kompensieren. höhle, unterstützt das Kauen und Eine Unterfunktion der Speicheldrüse Schlucken und hilft das Gewebe im kann verschiedenste Ursachen haben, Mundraum sauber zu halten. Diese wie beispielsweise Autoimmunerkran- Aufgaben können nur zufriedenstel- kungen, Alzheimer, Diabetes oder die lend wahrgenommen werden, wenn Behandlung dieser Krankheiten. Zusammensetzung und Flussrate des Außerdem sind über 400 Medikamen- Speichels nicht gestört sind. Dafür sind te bekannt, die die Mundtrockenheit vor allem die wichtigsten Speicheldrü- als Nebenwirkung auflisten, darunter sen – die Ohrspeicheldrüse, die Unter- blutdrucksenkende Mittel und Herzme- kieferspeicheldrüse und die sublingual dikamente, welche vor allem von älte- gelegene Speicheldrüse – aber auch ren Menschen eingenommen werden. die kleineren Speicheldrüsen verant- Verminderter oder gänzlich fehlender wortlich. Die Speichelabsonderung Speichelfluss hat gravierende medizini-

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Projektbeschreibung

Im Rahmen des von der EU geförder- ten Forschungsprojekts SALIWELL (IST-2001-37409) wird am Fraunhofer IBMT ein miniaturisiertes System von der Größe eines Weisheitszahns entwickelt. Dieses System enthält einen Elektrostimulator zur Stimulation der Speichelsekretion, einen Sensor zur Bestimmung der Nässe im Mundraum, eine Fernbedienung zur drahtlosen Steuerung bzw. Programmierung des Systems sowie die dazu nötige Elektro- nik inklusive Mikrocontroller und Bat- terie. Ziel ist die Entwicklung eines Systems in Form einer Zahnkrone, die auf ein Standardimplantat aus Titan geschraubt wird. Da massiv an Xero- stomie leidende Patienten in der Regel an Zahnausfall leiden, ist bei diesen Patienten meistens eine Lücke im Bereich der Weisheitszähne vorhanden. Das System ist nicht nur hinsicht- Abbildung 2: Kauschiene zum Nachweis der Machbarkeit. lich der Baugröße, sondern auch bezüglich des Energieverbrauchs optimiert und soll eine Betriebsdauer von Aufgaben paaren darf keine Gleichspannung mindestens 6 Monaten haben. anliegen, weil die dadurch hervorge- Als Partner des Projekts SALIWELL ist rufene Elektrolyse verstärkte Korrosion Projektpartner: das Fraunhofer IBMT verantwortlich für der Elektroden und die Bildung teil- – Fraunhofer IBMT, D: die Entwicklung von Elektrostimulator, weise toxischer Elektrolyseprodukte zur Nässesensor, Stimulator, Telemetrie Nässesensor und drahtloser Kommuni- Folge hätte. Die Stromaufnahme der – Assuta Medical Center, IL: kation. Alle diese Komponenten sind gesamten Sensorik soll im zeitlichen Koordinator hinsichtlich Baugröße und Energiever- Mittel < 10 µA betragen. Es ist nicht – Valtronic SA, CH: brauch zu optimieren. Außerdem müs- erforderlich, den Sensor dauerhaft zu Aufbau- und Verbindungstechnik sen alle mit dem Mundraum in direk- betreiben, so dass zeitweise deutlich – Nobel Biocare, S: ten Kontakt tretenden Komponenten höhere Ströme zulässig sind. Implantat, Zuverlässigkeitsprüfung besonderen Ansprüchen hinsichtlich – Relsoft Systems Ltd, IL: Bioverträglichkeit, Korrosionsfestigkeit Lösung Software und mechanischer Robustheit – Aran R & D Ltd, IL: genügen. Zur Bestimmung der Nässe im Mund- Haupt-Elektronik Im Folgenden liegt der Schwerpunkt raum ist es nicht praktikabel Feuchte- – Promedt Consulting GmbH, D: auf dem Nässesensor, dessen Entwick- sensoren zu verwenden, denn die Aspekte der medizinischen Zulassung lung die größte Herausforderung dar- relative Feuchte ausgeatmeter Luft – Charité, D: stellte. Da dieser Sensor die Nässe der beträgt 100 %. Durch den hohen klinische Studie Mundhöhle messen soll, hat er einen Feuchtigkeitsgrad der Atemluft bildet – Universitätsklinik Neapel, I: direkten Kontakt zur Mundhöhle. sich auf den Schleimhäuten, den Zäh- klinische Studie Daher sind bioverträgliche, vorzugs- nen und der Oberfläche eines im Mund- – Hospital Clinico San Carlos, E: weise medizinisch zugelassene Mate- raum befindlichen Sensors ein Spei- klinische Studie rialien zu verwenden, die zudem den chelfilm aus, dessen Dicke ein aussage- beim Kauen und der Mundhygiene kräftiges Maß für die Nässe im Mund- auftretenden mechanischen Belastun- raum darstellt. Die Filmdicke liegt im gen standhalten. An den Elektroden- Bereich von 20–90 µm. Sie kann bei

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Strömungsfeld einstellen wird. Um die den darstellen. Nach einem Vergießen Kommunikations- einheit Einflüsse des Übergangs von Elektrode des kompletten Systems stehen die zu Medium zu minimieren, wird eine 4 Drahtspitzen über und werden an- 4-Elektroden-Anordnung verwendet, schließend abgeschnitten und poliert. in der die äußeren Elektroden von Die Drahtenden sind Teil der Oberfläche einer Stromquelle definierter Amplitu- und stellen elektrischen Kontakt mit de gespeist werden und die Spannung dem Speichelfilm her. In Abbildung 4

Batterie zwischen den inneren Elektroden ist das Impedanzverhalten des Sensors »stromlos« bestimmt wird. Die Span- dargestellt. Der gemessene Widerstand nung zwischen den inneren Elektroden entspricht dem Realteil des Quotienten wird mit einem Verstärker hoher Ein- aus gemessener Spannung und dem Nässesensor gangsimpedanz gemessen. In dem hier eingeprägten Strom. Da sich der vorgestellten Sensor wird sie von Widerstand umgekehrt proportional Implantat einem Analog-Digital-Umsetzer digita- zur Filmdicke verhält, steigen Wider- lisiert und von einem Mikrokontroller stand und Empfindlichkeit des Sensors Abbildung 3: Intelligente Zahnkrone, aufgeschraubt auf weiterverarbeitet. Beim Entwurf der mit abnehmender Dicke. Im Medium ein Implantat aus Titan. Sensorelektronik wurde besonders bildet sich ein stark inhomogenes Strö- berücksichtigt, dass der Sensor in das mungsfeld aus und nur ein Teil des ein- Gesamtsystem der Zahnkrone inte- geprägten Messstroms trägt zur Span- griert werden muss. Wie das Block- nung bei. Da dieser Anteil messtech- schaltbild der Elektronik (Abb. 1, S. 50) nisch jedoch nicht bestimmt werden zeigt, teilen sich Stimulator und Sensor kann, muss als Referenz zur Berech- die spannungsgesteuerte Stromquelle nung des scheinbaren Widerstandes und den Multiplexer. Die Steuerung der eingeprägte Strom der Stromquelle aller Abläufe übernimmt der Mikro- zugrunde gelegt werden. kontroller. Im Grundzustand befindet er sich in einem Stromspar-Modus, in Projektförderung dem alle aktiven Komponenten deakti-

Abbildung 4: Gemessener Widerstand in Abhängigkeit viert sind. Der Stimulator für den Lin- Das Projekt »Saliwell« (Förderkennzei- der Speichelfilmdicke. gualnerv besteht im Wesentlichen aus chen: IST-2001-37409) wurde von der gesteuerter Stromquelle und Multiple- EU gefördert. Förderzeitraum: xer. Beide werden sowohl zur Ansteue- 01.07.2002 – 31.05.2005. rung der Stimulationselektroden als Xerostomiepatienten bis unter 10 µm auch der äußeren Elektroden des Näs- sinken. Die Filmdicke wird durch eine sesensors verwendet. resistive Impedanzmessung bestimmt. Wird eine glatte Oberfläche, in welche Ein erster Prototyp des Elektrostimula- Messelektroden eingearbeitet sind, mit tors inklusive Sensor wurde als Kau- einem Film aus Speichel überzogen, so schiene (Abb. 2, S. 51) realisiert. Mit kann man die Filmdicke über eine diesem wurde eine Studie an mehreren Impedanzmessung ermitteln. Dabei europäischen Kliniken durchgeführt, Ansprechpartner wächst der Wirkwiderstand mit abneh- welche eindrucksvoll eine erfolgreiche mender Filmdicke. Dies stellt ein aus- Stimulation der Speichelsekretion Dr. Thomas Velten reichend exaktes, wenn auch verein- sowie die In-vivo-Funktionstüchtigkeit Telefon: +49 (0) 6894/980-301 fachtes Ersatzmodell dar, weil sich im des Nässesensors belegte. Fax: +49 (0) 6894/98-400 realen Experiment ein nichthomogenes Ein zweiter Prototyp ist als intelligente [email protected] Zahnkrone realisiert (Abbildung 3). Hier steht die klinische Studie noch aus. Der Nässesensor ist in Form von vier parallelen, äquidistanten Drähten ausgeführt, wobei lediglich die Draht- spitzen die eigentlichen Sensorelektro-

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Ausstattung

Magnetische Resonanz Miniaturisierte Systeme Arbeitsgruppe Lasermedizin

– zwei 9,4 Tesla Hochfeld-NMR-Spek- – vollständige Photo-Lithographie mit – Femtosekundenlaser (Ti: Saphir- trometer für Spektroskopie (Flüssig- Resistprozessor und doppelseitigem Laser), MaiTai (710 nm – 990 nm, keiten, Gele, Festkörper) und Mikro- Maskaligner für die Mikrostrukturie- 80 MHz), Chameleon imaging (Auflösung bis 6 µm) rung (720 nm – 930 nm, 90 MHz), – schnelle MR 3-D-Bildgebung und – Trockenätzanlage (RIE) für Silizium- Vitesse (800 nm, 80 MHz) nichtinvasive Flussmessungen wafer sowie auch für Kunststoff- – Rubinlaser

– hochauflösende MAS (Magic Angle substrate – CO2-Laser Spinning)-NMR-Spektroskopie an – Prozessanlage für anisotropes Ätzen – modifiziertes konfokales Laser- viskosen Stoffen und Festkörpern in von Silizium scanning-Mikroskop Verbindung mit mehrdimensionaler – Laser zum Bohren und Schneiden – kompaktes Scanning-Mikroskop für NMR (z. B. von Silizium oder Aluminium- die Nanochirurgie – Diffusionsmessungen (Selbstdiffusi- oxid-Keramik) – Multiphotonen-Laserscanning-Mikro- onskoeffizienten) bis 10–14 m2/s mit – Aufbau- und Verbindungstechnolo- skop mit Spectral-Imaging-Modul Pulsed-Field-Gradient-NMR gien (Die-Bonder, Ball-Wedge- (Zeiss LSM510-Meta-NLO) – CAD und CAM von NMR-Probenköp- Bonder, Wedge-Wedge-Bonder) – Multiphotonen-Imaging-System fen (bis 800 MHz) und magnetischen – Anodischer Bonder DermaInspect für die In-vivo-Unter- Feldgradienten-Einheiten (bis 500 – Dünnfilmprozessanlagen (Sputtern, suchung der Haut G/cm) für Mikroimaging und Sonder- Aufdampfen, PECVD) – Autokorrelator anfertigungen für klinische MRT- – Abscheideanlage für Parylene C – Puls-Picker Systeme – Heißprägeanlage – Strahlanalyse-System (Spiricon) – CAD und CAM von MRI und NMR – Anlage für rotatives Heißprägen – Modul für die zeitkorrelierte Einzel- Zubehör, z. B. Positioniersysteme, großflächiger Folien photonen-Zählung und Fluoreszenz- sowie andere Anwendungen – Labor für Silikonabformen Lifetime-Imaging – 200 MHz-NMR-Spektrometer mit – Hybrid-Laborlinie – Laser Tweezer Zusatz für Festkörperhochauflösung – Design-Technik für Masken-Layout – miniaturisierte Zellkammern für (MAS) und Schaltungs-Layout Langzeitstudien (Zellkloning-Assay) – FT-IT-Spektrometer mit ATR-Zusatz – ASIC-Design-Technik (Mentor – Tier-Operationsraum für Spektroskopie an Grenzflächen Graphics Design-Flow) – Zellkultur-Facility – medizinische Software (z. B. Haut- – 3-D-Laser-Profilometer krebs-Früherkennung) – Rasterelektronenmikroskop – HF-Messplatz und Magnetfeld- (REM, EDX) Messungen – Rastersondenmikroskop (SPM, AFM)

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Biohybride Systeme

Mikrochip mit mesenchymalem Stammzellenbewuchs.

Angebote, Ergebnisse und Produkte der Arbeitsgruppen

– Zell-basierte Sensorik & Biomonitoring – Molekulares Zell- & Tissue-Engineering

Projektbeispiel: Zellchip-basierter Virusnachweis

Ausstattung

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Die wissenschaftlichen Fortschritte der – für das Monitoring der Stammzelldif- jüngsten Zeit auf dem Gebiet der ferenzierung in 3-D-Zellverbänden, Stammzellforschung und des Tissue – im Rahmen therapeutischer Anwen- Engineering lassen ein hohes Potenzial dungen für die Selektion von Zellver- der Forschungsergebnisse für die bänden mit geringer Zellheteroge- (Stamm-)Zelltherapie erwarten. Der kli- nität, nische Einsatz von Zelltherapien setzt – für die Evaluierung von non-viralen jedoch stabiles, sicheres und gut cha- Gentransfersystemen für die Ex-vivo- rakterisiertes Zellmaterial voraus. Wie Behandlung und schnell Stammzelltherapien in breitem – für die Bereitstellung und Eva- Maße klinisch eingesetzt werden kön- luierung von Daten für die system- nen, hängt jedoch entscheidend von biologische Modellierung von Einzel- den technologischen Voraussetzungen zellen und Geweben zum Einsatz. für eine reproduzierbare Zellkultivie- rung und -differenzierung, für einen Besonders hervorzuheben sind experi- degenerativer Erkrankungen entwickelt stressfreien Zelltransfer und für eine mentelle Ergebnisse, die für den stress- und evaluiert. Einen weiteren Arbeits- zerstörungsfreie Zellcharakterisierung armen Zelltransfer und die Zellbear- schwerpunkt der Abteilung bildet die ab. Dabei besteht zunehmend die Not- beitung von hoher Bedeutung sind. Entwicklung von Verfahren und Geräten wendigkeit kleinste biologische Proben Die Grundidee für eine stressarme Zell- für die Kultivierung und Differenzie- zu charakterisieren, zu transferieren manipulation beruht darauf, dass sich rung von Stammzellen. Als Dienstlei- und zu bearbeiten. In der Abteilung Zellen und Zellverbände schonend stung wird die Bewertung von Mate- Biohybride Systeme wurden in den manipulieren lassen sollten, wenn die rialien auf Zellverträglichkeit sowie der letzten Jahren mikrotechnisch-basierte Geschwindigkeit des Manipulations- antibakteriellen und antiviralen Wir- Verfahren für die Charakterisierung werkzeugs an die extrem langsame kung von Oberflächen und Reinigungs- kleinster Gewebeproben und einzelner Bewegungsgeschwindigkeit der Zellen verfahren angeboten. Im letztgenann- Zellen entwickelt. Neben dem Einsatz sowie an die Zeiten, in denen sich ten Bereich ist ein zunehmendes dieser Verfahren zur Unterstützung der Adhäsionsplaques lösen und neu bil- Kundeninteresse zu verzeichnen. Validierung von Targets und Wirkstof- den, angepasst ist. Daraus ergeben fen ergeben sich zunehmend neue sich Geschwindigkeiten für das Mani- Anwendungsfelder. Beispielsweise pulationswerkzeug von einigen bis kommen die Verfahren im Rahmen von mehreren Hundert µm/h (1 nm/s = 3,6 Ansprechpartner anlaufenden europäischen Verbund- µm/h). Das ist 500- bis 1 000mal Stellvertr.: Dr. Hagen Thielecke projekten langsamer als übliche Mikromanipula- Telefon: +49 (0) 6894/980-162 tionsbewegungen! Es konnte experi- [email protected] mentell gezeigt werden, dass sich der- art langsame Bewegungen technisch nanometergenau realisieren und sich einzelne adhärente Zellen oder Zell- gruppen tatsächlich stressarm von Oberflächen entnehmen lassen. Diese bemerkenswerten Ergebnisse sind für die zellbasierte Biotechnologie von grundsätzlicher Bedeutung. Im Rahmen von nationalen Verbundfor- schungprojekten (z. B. BMBF-Projekt) werden Nanopartikel als Trägersysteme für Arzneimittel zur Behandlung von Tumorerkrankungen und neuro-

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Angebote, Ergebnisse und Produkte der Arbeitsgruppen

Zell-basierte Sensorik & Biomonitoring

– Zell- und gewebebasierte Biosenso- ren für den funktionellen Wirkstoff- test sowie für die medizinische Dia- gnostik in den Bereichen Onkologie, Neurologie und Kardiologie – elektrochemische Mikrosensoren und Methoden für das funktionelle, mar- kierungsfreie Testen von Wirkstoffen, für das In-vivo-Monitoring und für die Bioprozesstechnik – Bioimpedanzspektroskopie (in vitro und in vivo) – Biointerfaces (z. B. implantierbare, geregelte Wirkstofffreisetzungs- module) – Sensorsysteme für die medizinische In-vivo-Diagnostik – Sensorsysteme und Verfahren für toxikologische Untersuchungen im Umweltbereich – Methodenentwicklung für die Detek- tion und das Monitoring von Nerven- giften (z. B. biologische und chemische Kampfstoffe, Umwelttoxine, Lebensmittelgifte) – Mikroarrays zur Charakterisierung, Manipulation (z. B. Gentransfer) und Positionierung von Einzelzellen In- Line-Sensorik für die Lebensmittel- industrie und Bioprozesskontrolle – Durchführung von theoretischen und experimentellen Studien auf den oben genannten Gebieten

Ansprechpartner Dr. Hagen Thielecke Telefon: +49 (0) 6894/980-162 [email protected]

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Molekulares Zell- & Tissue-Engineering

Angewandte Forschung und Validierung von Mikrobiziden: Entwicklung: – gegen Viren (behüllt/unbehüllt) – Zellkultur- und Zellaggregations- – gegen Bakterien (Staphylococcus modelle für Medizintechnik und aureus, Pseudomonas aeruginosa, Pharmaka-Untersuchung E. coli) – dreidimensionale, organotypische – gegen Pilze (Candida albicans, Zellkulturtechnik (Tumor-, Retino- Aspergillus niger) sphäroide (In-vitro-Retina, 3-D-Herz- muskelzellsphäroide) – Modelle der Stammzelldifferen- zierung Ansprechpartner – In-vitro-Zellkulturmodell der Blut- Priv.-Doz. Dr. Hagen von Briesen Hirnschranke zur Bestimmung von Telefon: +49 (0) 6894/980-286 Wirkstofftransport-Raten [email protected] – Entwicklung und präklinische Testung von Nanopartikeln zum gezielten Wirkstofftransport in verschiedene Target-Zellen

Biokompatibilitätsprüfungen: – Zytotoxizität von Biomaterialien und Medizingeräten gemäß Medizinpro- dukteprüfung nach ISO 10993 und EN 30993

Virussicherheit: – Virusvalidierung der Herstellungs- verfahren von Arzneimitteln aus biologischen Quellen (z. B. Gerinnungs- faktoren, Immunglobuline, Impf- stoffe, monoklonale Antikörper) – virologische Prüfung von Zelllinien auf Viruskontaminationen (Zellbank Charakterisierung) – Nachweis von replikationskompeten- ten Retroviren und Adenoviren bei Gentherapieversuchen (RCR und RCA)

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Projektbeispiel: Zellchip-basierter Virusnachweis

Zell-basierte Sensorik & Biomonitoring Molekulares Zell- & Tissue-Engineering

gewiesen. Hier hilft die Anzucht der Viren weiter. Viren vermehren sich nur in lebenden Zellen. Als Vermehrungs- system für Viren ist vor allem die Zell- kultur gebräuchlich. Heute werden Viren vor allem in der Zellkultur ange- züchtet. Lebende Zellen lassen sich unter sterilen Bedingungen aus fast allen Organen und Geweben von Säugern, Vögeln und auch Kaltblütern gewinnen. Für den Virusnachweis werden die an der Kulturgefäßwandung anhaf- tenden Zellen mit verschiedensten Untersuchungsmaterialien (z. B. Blut, Speichel, Urin) beimpft. Zellzerstörende Effekte, sogenannte cytopathische Effekte (CPE), die ein Virus häufig im Zuge seiner Vermehrung in Zellkultu- ren erzeugt, lassen sich im Lichtmikro- skop bereits bei schwacher Vergröße- rung verfolgen. Für den Nachweis einer Virusart verwendet man mög- lichst eine Zellart, die durch die Virus- art sichtbar geschädigt wird. Kommt es zu einer virusbedingten Veränderung in der Zellkultur, so muss das ange- züchtete Virus durch zusätzliche Methoden weiter typisiert werden. Der Nachteil bei der Anzucht von Viren Abbildung. 1: Chip-basierte Bestimmung des virusbedingen cytopathischen Effekts auf Zellen. a: Schematische Dar- besteht in der langwierigen Untersu- stellung des Messprinzips. b: Multielektroden-Chipeinheit mit Kulturschale. c: Lichtmikroskopische Aufnahme von verschiedenen Elektrodenstrukturen für die Impedanzmessungen. chungsdauer im Vergleich zum direkten Virusnachweis. Von Vorteil ist jedoch, dass selbst kleinste Virusmen- gen nachgewiesen werden können Ausgangssituation und dass es sich bei den nachgewiese- nen Viren um vermehrungsfähige Erre- Viren sind sehr klein, ihre Größe liegt ger handelt. Denn nur vermehrungs- zwischen 20 und 300 nm (1nm = 10-9 fähige Erreger können eine Gefahr bei m). Sie bestehen aus der viralen DNA ihrer Übertragung darstellen und Zel- oder RNA und einer Schutzhülle aus len schädigen. Proteinen und Lipiden. Vermehren können sie sich jedoch nur in Wirtszel- len, da sie keinen eigenen Stoffwech- sel besitzen und auf die Versorgung durch die Wirtszelle angewiesen sind. Zum Nachweis krankheitserregender Viren reicht die Konzentration an Viruspartikeln oftmals nicht aus, um sie direkt nachweisen zu können. Außer- dem machen die Methoden keine Aus- sage darüber, ob das Virus noch ver- mehrungsfähig ist. In vielen Fällen werden auch nur Virusbestandteile nach-

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Abbildung 2: Virusbedingter Effekt auf GMK-Zellen (Green monkey kidney cells). Links: Kontrolle 24 Stunden nach Zelleinsaat. Mitte: HSV-infizierte Zellen, 24 h nach Zelleinsaat und Virusinfektion. Rechts: HSV-infizierte Zellen, 48 h nach Zelleinsaat und Virusinfektion (Balken = 200 µm).

Aufgabenstellung Zur Lösung der Aufgabe mussten – hochtitrige Virusstocks von huma- Viele Verfahren (z. B. PCR, ELISA) des nem Herpes-simplex-Virus (HSV) Virusnachweises sind nicht in der Lage angezüchtet, zwischen infektiösen und nicht infek- – Indikatorzellen (Green monkey kid- tiösen Viruspartikeln zu unterscheiden. ney cells, GMK) auf Mikroelektroden Für viele Fragestellungen ist jedoch der kultiviert und mit HSV infiziert, Nachweis von infektiösen Virusparti- – Impedanzspektren von Mikroelektro- keln wichtig, die heute nur in klassi- den mit darauf kultivierten Zellen in schen Zellkulturassays durchgeführt Abhängigkeit der Virusdosis über die werden können, die äußerst zeit- und Zeit (quantitative Kinetiken) aufge- kostenintensiv sind. Es sollte ein neues nommen und Verfahren des Nachweisens von infek- – die Impedanzdaten mit den Ergebnis- tiösen Viruspartikeln entwickelt und sen von klassischen mikroskopischen evaluiert werden, das auf Impedanz- Methoden korreliert werden. spektroskopie beruht. Aufgabe war es, experimentell zu prüfen, ob sich eine Ergebnisse Virusinfektion, die einen cytopathischen Effekt (CPE) auf die Zelle ausübt, Für die Versuche kam ein Impedanz- mittels Impedanzspektroskopie nach- basiertes Zellmonitoring-System zum weisen lässt. In Vorarbeiten wurde Einsatz. Zentraler Bestandteil des gezeigt, dass Störungen der Zellmem- Monitoring-Systems war eine am branintegrität mit Impedanzdaten kor- Fraunhofer IBMT entwickelte und relieren, die mit Hilfe eines Mikrochips mikrotechnisch hergestellte Multielek- an einzelnen Zellen aufgenommen troden-Chipeinheit (Abb. 1, S. 58). Die wurde. Die Zugabe geringer Mengen Indikatorzellen (Green monkey kidney DMSO spiegelte sich in einem verän- cells, GMK) ließen sich auf den Chip- derten Impedanzspektrum der Mikro- oberflächen mit integrierten planaren elektroden wider, die mit kultivierten Mikroelektroden kultivieren und mit Zellen bedeckt waren. Viren infizieren. Sowohl der zeitabhän- gige als auch der konzentrationsab- hängige Effekt spiegelte sich in den Impedanzspektren wider (Abb. 2). Die kreisförmige Chipoberfläche, die mit den Zellen in Kontakt kam, hatte einen Durchmesser von 10 mm und enthielt verschiedene Kreis- und

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Abbildung 3: Effekt der Virusinfektion GMK-Zellen auf die elektrische Impedanz. Links: Betrag der Impedanz in Abhängigkeit von der Kultivierungszeit der Zellen für verschiedenen Viruskonzentrationen. Rechts: Impedanzspektrum 20 h nach Virusinfektion im Vergleich zur Kontrolle.

Mäanderelektrodenstrukturen. Mit der – diagnostisches Virusscreening ver- höchsten Empfindlichkeit ließ sich der schiedener Körperflüssigkeiten, Viruseffekt mit Hilfe von Kreiselektro- – quantitative Virusbestimmungen den eines Durchmessers von 500 µm (Virustritration), im Frequenzbereich von 50 kOhm bis – quantitative Bestimmung neutralisie- 400 kOhm bestimmen. Ein Virus- render Antikörper gegen Viren in bedingter Effekt zeigte sich 13 h nach Patientenseren im Rahmen von Vak- Infektion der Zellkultur in einem Abfall zine-Studien (Neutralisationsassays). des Betrages der Impedanz im Ver- gleich zur Kontrollkultur. Die Impe- Projektdurchführung danzdaten korrelierten mit parallel durchgeführten mikroskopischen Dipl.-Ing. Sungbo Cho Untersuchungen (Abbildung 3). Der Sybille Becker Vorteil des Chip-basierten Virusnach- Priv.-Doz. Dr. Hagen von Briesen weises im Vergleich zu bisher einge- Dr. Hagen Thielecke setzten Methoden ist, dass der virusbe- dingte Effekt auf Zellen, und damit der Virusnachweis zeitkontinuierlich, -parallel und mit kleinen Probenvolumina Ansprechpartner durchgeführt werden kann und damit Priv.-Doz. Dr. Hagen von Briesen die aufwendige mikroskopisch-opti- Telefon: +49 (0) 6894/980-286 sche Auswertung automatisiert wer- Fax: +49 (0) 6894/980-400 den kann. [email protected]

Die Ergebnisse haben für die folgen- Dr. Hagen Thielecke den Fragestellungen eine Relevanz und Telefon: +49 (0) 6894/980-162 könnten als neues Verfahren in folgen- Fax: +49 (0) 6894/980-400 den Bereichen der Virologie eingesetzt [email protected] werden:

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Ausstattung

Biohybride Systeme – Spektralphotometer für Mikrotiter- platten – Zellkulturlaboratorien (Gentechnik- – UV/VIS-Spektralphotometer Sicherheitsklasse S1 und S2) mit – automatisches Partikelmessgerät zur Schleusenbereich und separierten Bestimmung der Zellkonzentration Medien-/Autoklavenräume für und Zelldurchmesser (Multisizer II) jeweils 2 Laminar-Flow-Sterilarbeits- – Gefriermikrotom bänke der Klasse 2 – molekularbiologische Ausstattung – Genlaboratorien (Gentechnik-Sicher- (PCR-, Elektrophorese-Equipment heitsklasse S1 und S2) mit 3 Laminar- etc.) Flow-Sterilarbeitsbänken der Klasse 1 – Bioelektroniklabor (Gentechnik- und 2 Sicherheitsstufe S1) – Durchlicht- und Auflichtmikroskope – Impedanzmessplatz (elektrochemi- mit Phasen- und Differenzialinter- scher Messplatz) mit Solatron ferenzkontrast und Fluoreszenzein- SI 1260, SI 1281, SI 1287, SI 1294 richtung – elektrophysiologischer Messplatz mit – Bildverarbeitungssystem inkl. 3-D- Datenerfassungssystem Videokamera – Grass-Stimulator – Spektralphotometer für Mikrotiter- – BX 50 WI-Forschungsmikroskop mit platten Mikromanipulations-Einheit und – SNOM (optisches Nahfeldmikroskop) Inkubationshaube – Axiphot-Fluoreszenzmikroskop mit – Durchfluss-Zytometer Foto- & Digitalkameravorrichtung (BD FACSCalibur System) – Bildverarbeitungssysteme inkl. 3-D- – Zellzählgerät (Typ CASY, Model TT) Videokamera

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Medizintechnik & Neuroprothetik

Kapselung komplizierter Struk- turen mit Parylen C am Beispiel des Utah-Arrays zur Ableitung intrakordikaler bioelektrischer Potenziale.

Angebote, Ergebnisse und Produkte der Arbeitsgruppen

– Neuroprothetik – Neuromonitoring

Projektbeispiel: Mikrofäden-Elektroden als bidirektionale Schnittstelle zum peripheren Nerven

Ausstattung

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Der Forschungsgegenstand der Abtei- tion werden immer häufiger implan- lung Medizintechnik & Neuroprothetik tierbare Elektrostimulatoren eingesetzt. ist die Entwicklung und Anwendung Die Kernkompetenz auf dem Gebiet von intelligenten invasiven und nicht- der Neuroprothetik ist die Entwicklung invasiven Schnittstellen zum biologi- und Fertigung implantierbarer Mikro- schen System. Insbesondere stehen die elektroden. Schnittstellen zum Nervensystem und ihre Nutzung für die Stimulation neu- Das Neuromonitoring nutzt insbeson- ronaler Strukturen und die Erfassung dere elektrische Aktivitäten neuronaler bioelektrischer Potenziale im Fokus. und myogener Strukturen für diagnos- Die dafür erforderlichen Hard- und tische Aussagen und für die Kontrolle Softwarekomponenten werden am eingeleiteter therapeutischer Maßnah- IBMT entwickelt und gefertigt. Dabei men. Die Elektroenzephalographie reicht das Spektrum von miniaturisier- (EEG), Elektromyographie (EMG) und ten, implantierbaren Elektroden über die evozierten Potenziale (EP) gehören Monitoringsysteme und Signalverarbei- zu diesen Methoden. Der Fokus der nical Systems in Health and Medicine« tung bis hin zur Applikation. Alle erfor- Arbeitsgruppe Neuromonitoring liegt gemeinsam mit der Friedrich-Alexander- derlichen technologischen Vorausset- in der erforderlichen Gerätetechnik Universität Erlangen und der Initiative zungen wie zum Beispiel Reinraum, und Methodik der messtechnischen MicroMedizin im VDE organisiert und Plasmaanlage, Parylenbeschichtung, Erfassung von bioelektrischen Poten- durchgeführt. Ca. 50 Wissenschaftler Elektrodencharakterisierung, Simulati- zialen. Einbezogen werden auch Vital- trugen den gegenwärtigen Stand in onsumgebung, Referenzsysteme usw. parameter, die durch neuronale Struk- den drei Sessions sind in der Abteilung vorhanden. turen beeinflussbar sind (wie z. B. Tem- peratur, Blutdruck, Atmung, Augenbe- – Opportunities and Limitations of Neuroprothesen werden mit dem Ziel wegungen, Hautleitwert usw.). Damit Self-Learning Systems eingesetzt, eine vorhandene neuronale ergeben sich Fragestellungen im – Cognitive Systems in Daily Life Funktionsstörung mit einem motori- Bereich der Sensorik, Signalverarbei- – Cognitive Technical Systems for schen oder sensorischen Hintergrund tung, Datenübertragung und Signal- Manifest Diseases and as möglichst zu kompensieren. Dabei sti- analyse. Ein weiterer Ansatz liegt bei Replacements of Body Functions mulieren sie mit elektrischen Reizen Einbeziehung geeigneter Stimulatoren myogene und neuronale Strukturen im im Aufbau von Closed-Loop-Systemen. zusammen und diskutierten zukünftige peripheren, spinalen, zentralen oder Die Kernkompetenz liegt hier in der Entwicklungen. zunehmend im vegetativen Nerven- Gerätetechnik und Methodik der mess- system. Herzschrittmacher, Cochlea- technischen Erfassung bioelektrischer Implantate sowie Implantate zur Tie- Potenziale. fenhirnstimulation, beispielsweise bei Querschnittgelähmten und Patienten Die Abteilung Medizintechnik & Neu- nach Schlaganfall sind ein weiteres roprothetik sieht in der verstärkten Ein- Ansprechpartner wichtiges Anwendungsfeld. Für die bindung von kognitiven Systemen in Prof. Dr. Klaus-Peter Hoffmann Therapie von chronischen Schmerzen die Forschungsarbeiten einen weiteren Telefon: +49 (0) 6894/980-401 und Inkontinenz mittels Neuromodula- Schritt zur Entwicklung intelligenter [email protected] Implantate. Insbesondere für moderne Monitoringsysteme, z. B. beim intra- operativen Monitoring oder beim Monitoring älterer Bürger in ihrer häuslichen Umgebung werden immer stärker kognitive Funktionen erwartet und vorausgesetzt.

Um diese Entwicklungen aktiv zu unterstützen und voranzubringen, wurde durch die Abteilung ein zweitä- giges Pre-Symposium »Cognitive Tech-

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Angebote, Ergebnisse und Produkte der Arbeitsgruppen

Neuroprothetik & Neuromonitoring

– Ableitung von Nerven- und Muskel- – Entwicklung von Neuroprothesen signalen – Kapselung mit Parylen – Untersuchung von Implantatmateria- – Mikrosysteme auf Polyimidbasis lien unter physiologischen Bedingun- – Retina-Stimulatoren gen und beschleunigter Alterung – Design von Siebelektroden mit – Entwicklung von Biotelemetrie zur Führungssystem Ansteuerung von Implantaten – Fertigen von Silikonimplantaten für – Entwicklung von Stimulations- die Neuroprothetik mustern zur Blasenstimulation – Entwicklung von Elektroden für – Entwicklung von Ableitsystemen zur Stand-Gang-Prothesen Untersuchung der Darmmotilität – Mikroelektroden mit – Untersuchungen zur Charakterisie- SU-8-Strukturierung rung von Mikroelektroden – Untersuchungen zu neuen organi- – Design von Manschettenelektroden schen Elektrodenmaterialien (Cuff-Elektroden) – Vorbereitung und Betreuung – Design von Epimysialelektroden klinischer Studien – Entwicklung von externen Elektro- – Technische Assistenz bei Implantation stimulatoren und Versuchen – Untersuchungen zur funktionellen – Entwicklung und Charakterisierung Elektrostimulation am peripheren von Oberflächenelektroden Nerven – Untersuchungen der Materialeigen- – Parametrisierung von Stimulations- schaften von Oberflächenelektroden und Ableitsystemen für Greif- – Untersuchungen zu Langzeit- Prothesen verhalten von Obeflächenelektroden – Entwicklung von implantierbaren Stimulatoren – Implantattechnologie für unterschiedliche Anwendungsbereiche Ansprechpartner Neuromonitoring – Kapselungsmethoden für Mikro- Prof. Dr. Klaus-Peter Hoffmann implantate Telefon: +49 (0) 6894/980-401 – Untersuchungsmethoden für [email protected] Kapselungsmaterialien – Maskendesign für 2-D- und 3-D- Mikroelektroden – Fertigung von Mikroelektroden Ansprechpartner Neuroprothetik – Fertigung von Mikroimplantaten mit Dr. Klaus Peter Koch integrierter Elektronik Telefon: +49 (0) 6894/980-404 – Neuromodulation zur selektiven [email protected] Nervenstimulation

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Projektbeispiel: Mikrofäden-Elektroden als bidirektionale Schnittstelle zum peripheren Nerven

Neuroprothetik

Ausgangssituation Schnittstellen zwischen Menschen und die Körperfunktion unterstützende Die Funktionsweise des Nervensystems Orthesen gehören zu den Forschungs- stellt noch in vielen Punkten einen aufgaben des Projektes NEUROBOTICS. weißen Bereich für die Wissenschaft Als klinische Anwendung wurde die dar. Hochauflösende Ableitungen der bidirektionale Schnittstelle zwischen Nervensignale sind Voraussetzung zur Mensch und Prothesen gewählt, bei genaueren Modellbildung des Nerven- deren Untersuchung neben den klini- systems und seines plastischen Verhal- schen Erfolgen auch wichtige Grundla- Abbildung 1: Fadenförmige Elektroden tens. Hierzu sind Schnittstellen erfor- gen für die Neurowissenschaften erar- (tf-LIFE: thin film longitudinal intrafascicular electrodes). Auf der Führungsstruktur (Polyimidschleife) sind auf derlich die minimalinvasiv Operations- beitet werden. Das Bindeglied zwi- jeder Elektrodenseite vier Elektroden platziert, die als techniken und selektive Signalübertra- schen beiden Wissenschaften stellen Schnittstelle zum Nerven dienen. Weiterhin sind Refe- renzelektroden zur Ableitung und Masseelektroden auf gung kombinieren. Auch klinische Neuro-Schnittstellen dar, die möglichst dem breiten außerhalb des Nerven liegenden Elektro- Anwendungen einer solchen Schnitt- als direkte Schnittstelle zwischen tech- denteils untergebracht. Über eine Dickschichtkeramik wird die Elektrode an weiterführende Kabel ange- stelle ergeben sich z. B. nach Amputa- nischem und biologischem System die- schlossen. tionsverletzungen der oberen Extre- nen sollen. mitäten. Zurzeit stehen neben den Untersuchungen mit funktioneller Aufgabe Kernspintomographie Nadelelektroden zur Verfügung, die in den Nerven ein- Im Rahmen des EU-Projektes NEURO- Amputationsverletzungen. Diese gestochen werden, um dort die Ner- BOTICS ist das Fraunhofer IBMT ver- Ergebnisse lassen sich jedoch nur im venfasern elektrisch zu stimulieren antwortlich für den Entwurf und die Humanversuch erzielen. Hierbei sind oder bioelektrische Potenziale des Ner- Entwicklung von Mikrosonden als hohe ethische Normen anzulegen, ven abzuleiten. Nachteil dieser Technik technisches, bidirektionales Interface deren wesentliche Beurteilungsgrund- ist neben den starren Nadeln die Ein- zu peripheren Nerven, um im ersten lage das Risiko für den Patienten und schränkung in der Kanalzahl. Auch ist Anwendungsszenario einer Neuropro- die zu erwartenden Nutzen sind. Zur die Platzierung von Nadeln durch die these nach Amputationsverletzung Reduzierung des Risikos sind Elektro- Haut als bidirektionale Schnittstelle zu künstliche Gliedmaßen steuern zu kön- den erforderlich, die trotz direkter Prothesen nicht als dauerhafte Lösung nen. Nervenimpulse, die ihren Ankopplung an den Nerven nur eine akzeptabel. Ursprung im motorischen Kortex geringe Traumatisierung des Nervenge- haben, steuern die Greiffunktion einer webes verursachen. Projektbeschreibung künstlichen Handprothese. Technische Sensoren in dieser Prothese liefern Lösung Die Projektpartner im Konsortium des Informationen, die in für das Gehirn EU-Projektes NEUROBOTICS kombinie- verständliche Signale übersetzt und Dünnfilm-Elektroden, die longitudinal ren Neurowissenschaften mit Metho- dann mittels einer minimalinvasiv durch die Faszikel des Nerven genäht den der Roboterregelung und Roboter- implantierten Elektrode an den periphe- werden, erfüllen die Anforderungen an entwicklung. Innovationen ergeben ren Nerven übertragen werden. Dieser die direkte Ankopplung an den Nerven sich aus dem bionischen Ansatz, prinzi- leitet die Signale an das Gehirn weiter. sowie die geringe Invasivität derzeit am pielle Funktionsweisen der Natur für Als Ergebnis sollen die Patienten mit Besten. Die fadenförmigen Elektroden technische Lösungen einzusetzen. In ihrer Prothese das Fühlen wieder erler- werden mit Hilfe einer 80 µm dicken diesem Fall werden die aus den Model- nen. Weiterhin erhofft man sich aus Wolfram-Nadel in den Nervenstrang len abgeleiteten Algorithmen der der Kombination der Nervensignale mit eingenäht. Acht Elektroden stehen zur Gehirnforschung zur Regelung von einer funktionellen Kernspintomogra- Stimulation und Ableitung von Nerven- Roboterbewegungen eingesetzt. Aber phie des Gehirns wichtige Grundlagen signalen zur Verfügung. Durch den auch die Anwendung von Beschrei- für die Modellbildung plastischer geringen Querschnitt der Elektrode bungsformen aus der Robotik ist zur Änderung der Hirnfunktion nach von 0,002 mm2 kann die Elektrode Datenanalyse und Modellbildung in ohne wesentliche Verdrängung des den Neurowissenschaften von Nutzen. Nervengewebes in den Nerven einge- Ein weiterer wesentlicher Schritt ist die bracht werden. Nach der Nutzung ist Kombination beider Wissenschaften es problemlos möglich, die Elektrode zur Fernbedienung von Robotern über zu explantieren. Mensch-Maschine-Schnittstellen. Auch

Jahresbericht 2005 63 05_051349frin_GFB 29.11.2005 14:45 Uhr Seite 64

Ansprechpartner

Prof.-Dr. Klaus-Peter Hoffmann Tel.: +49 (0) 6894/980-401 [email protected] Abbildung 2: Detailaufnahme der Elektrode. Dr.-Ing. Klaus Peter Koch Tel.: +49 (0) 6894/980-404 [email protected]

Projektkonsortium

NEUROBOTICS (The Fusion of Neuro- science and Robotics)

– Scuola Superiore Sant’Anna (Italien) – Collège de France (Frankreich) – Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (Deutschland) – Fraunhofer Institute for Biomedical Engineering (Deutschland) – Karolinska Institutet (Schweden) – Katholieke Universiteit Leuven (Belgien) – Kungliga Tekniska Högskolan (Schweden) – National Technical University of Athens (Griechenland) – Umeå University (Schweden) – Universitat Autònoma de Barcelona Abbildung 3: Implantationsmethode zum Einnähen der fadenförmigen Elektrode in den Nerven. Zuerst wird eine (Spanien) Nadel longitudinal durch den Nerven gestochen. Mit einem Hilfsfaden wird die eigentliche Elektrode in den Nerven eingezogen und verbleibt so im Nerven. Nadel und Hilfsfaden können anschließend entfernt werden. – University of Genoa (Italien) – University of Parma (Italien) – Université P. et M. Curie (Frankreich) – Università Campus Biomedico (Italien) – Università di Ferrara (Italien) Projektförderung Zahlen/Technische Daten – Brown University (USA) – Waseda University (Japan) European Community, FP6-IST-001917 Substrat- und Isolationsmaterial der – Pont-Tech (Italien) (NEUROBOTICS) Sonde: Polyimid Zuleitungen: Gold Elektrodenmetallisierung: Platin Anzahl der Elektroden: 8 Elektroden auf einem Doppelfaden, zwei Referenzelektroden und zwei Gegen- elektroden Dicke der Sonde: 10 µm Breite der Sonde: 200 µm

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Ausstattung

Medizintechnik & Neuroprothetik – Entwurfswerkzeuge zur Entwicklung von analogen und digitalen Schaltun- – Implantatfertigung gen und Systemen für die physiologi- – Elektrodencharakterisierung sche Messtechnik und Elektrostimu- – messtechnisches Labor lation sowie für Testumgebungen zur – Schlaflabor Charakterisierung von miniaturisier- – Labormethoden der klinischen ten (Neuro-)Implantaten (OrCAD, Neurophysiologie Visual C++, LabWindows/CVI, Logik- – Softwarelabor analysator Philips PM 3585, Emula- – Simulation torsysteme für 80C31, PIC- und – Entwurfswerkzeuge zur Entwicklung 8051-Familie, PIC- und EPROM-Pro- von flexiblen Substraten mit inte- grammer, Digital-Oszilloskop HP grierten Elektroden für Neuroimplan- 54504-400 MHz) tate (CAD: LASI, elektromechanische – PC-gesteuerter Messplatz zur Unter- Simulation: FlexPDE) suchung von Rauschgrößen an elek- – Zugriff auf Reinraum zur Fertigung tronischen Schaltungen und Syste- und Assemblierung von Neuroim- men sowie an Elektroden in physiolo- plantaten mit minimaler Struktur- gischen Medien (FFT Servo Analyzer größe von ca. 5 Mikrometern Advantest R 924 C, Spectrum Analy- (Lithographie, Metallabscheidung, zer Advantest R 3361 C, Multimeter reaktives Ionenätzen, Polyimidofen, Keithley 199, Funktionsgeneratoren) Parylen C-Abscheidung, Bonder) – Messaufbauten zur nichtinvasiven – Labor zur Assemblierung (Kleben, Messung der Griffkraft und von Löten, Schweißen) und Kapselung Momenten an der unteren Extremität (Parylene, Silikon) von Elektroden, – Multikanal-Stimulator mit willkürli- Kabeln und Implantaten; Herstellung chen Pulsformen (strom-/spannungs- von Gussformen konstant) zur Elektrostimulation und – PC-gesteuerter Messplatz zur Mehrkanal-Ableitsystem für elektro- Charakterisierung von Elektroden: physiologische Fragestellungen Impedanz, transiente Strompulse, – pneumatischer Stimulator zur Unter- zyklische Voltammetrie (HP 3245 A, suchung von sensorischen Nerven- HP 3458 A, EG&G 5302); Scanner signalen zur Messung der elektrischen Poten- zialverteilung in physiologischen Medien; Stabilität unter mechanischer Belastung – PC-gesteuerter Messplatz zur Unter- suchung von Feldverteilungen bei Mikroelektroden – PC-gesteuerter Messplatz für elektrische Impedanzspektroskopie (Solartron 1255B/1287) – PC-gesteuerter Messplatz zur Vermessung von organischen Halbleitern – PC-gesteuerter Messplatz zur Cha- rakterisierung von Isolationsschichten über die Aufnahme von Leckströmen bis in den Sub-Picoampere-Bereich in physiologischen Medien unter Umge- bungstemperatur und beschleunigter Alterung (Keithley 617 E Elektro- meter)

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Medizinische Biotechnologie (AMBT) Molekulare Bioanalytik & Bioelektronik

Mitarbeiter Dirk Michel prüft ein Array mit Biochips in einem TopSpot-Gerät zur Herstellung von Mikroarrays. (Foto: © Jan Woitas dpa/lbn 27.07.2005).

Angebote, Ergebnisse und Produkte der Arbeitsgruppen

– Biosensorik – Nanobiotechnologie – Mikroarray- & Biochip-Technologie

Projektbeispiel: Peptidchip zum Epitopmapping

Ausstattung

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Die Molekulare Diagnostik als Basis für benmaterial und lassen sich leichter die individualisierte Medizin und als automatisieren. Der Traum jeden Che- Baustein einer modernen Gesundheits- mikers ist es schließlich, die verwende- versorgung rückt zunehmend in das ten Mengen so weit zu verringern, Bewusstsein der Öffentlichkeit. Signifi- dass sich Experimente mit wenigen, im kante molekulare Merkmale von Geno- Idealfall einzelnen Molekülen durch- typ und Phänotyp sowohl des Patien- führen lassen. Für viele solcher Unter- ten als auch beispielsweise eines suchungen ist es notwendig, das Krankheitserregers können ermittelt Molekül »festzuhalten«, nach der Ana- werden. Neben einer effektiveren und lyse dann aber zu entlassen, um Platz schonenderen Behandlung für den für das nächste Molekül zu machen. Patienten werden eine ganze Gruppe Für Moleküle im Vakuum gibt es schon moderner Therapieansätze erst ermög- seit Längerem solche Fallen, nicht licht. Vorsorge, Früherkennung und jedoch in wässrigen Lösungen, wie sie Therapieoptimierung könnten kausale insbesondere in der Medizin unver- Abläufe sein, die die Lebensqualität zichtbar sind. wesentlich steigern. Die automatisierte des Patienten erhöhen und gleichzeitig In Kooperation mit der Universität Synthese und Analyse einzelner Mole- dazu beitragen das Gesundheitssystem Göteborg wurde eine Apparatur ent- küle auf solchen weiterentwickelten zu entlasten. wickelt, mit der in Wasser gelöste Pro- Chips rückt damit in greifbare Nähe. Bis es soweit ist, sind noch viele Hür- teinmoleküle »auf Knopfdruck« an den zu nehmen, Zuverlässigkeit und eine feine Metallspitze gezogen wer- "Trapping single molecules by dielec- Aussagekraft sind in jedem Einzelfall den. Dort lassen sie sich dann z. B. mit trophoresis", R. Hölzel, N. Calander, zu prüfen. Die Technologie macht optischen Methoden untersuchen. Z. Chiragwandi, M. Willander und große Fortschritte und unsere Entwick- Anschließend werden sie, wiederum F. F. Bier, Phys. Rev. Lett. 95 (12), lungen zur Produktionstechnik, z. B. für auf Knopfdruck, freigesetzt. Möglich 128102 Biochips, tragen dazu bei, dass auch wurde das Verfahren durch den Einsatz kleine und mittlere Unternehmen an sehr kleiner und extrem spitzer »Nano- Förderung erfolgt durch das BMBF im den wachsenden Markt herangeführt elektroden«. Mit diesen lassen sich bei Rahmen der InnoRegio-Initiative werden. In der Initiative »Partner für Anlegen einer elektrischen Spannung »Biohybride Technologien« Innovation« bemüht sich das Fraunho- in einem eng begrenzten Volumen (www.biohytec.de), sowie »Innovati- fer IBMT um die Schaffung der Infra- sehr starke elektrische Felder erzeugen, ons-/Gründerlabore« und durch das struktur, denn neben der Messtechnik die auf Grund ihrer räumlichen Vertei- Land Brandenburg sowie durch die müssen auch Probennahme, Bioban- lung auch ungeladene Moleküle über Europäische Union im 6. Rahmenpro- ken, Logistik und Datenverwaltung Polarisationseffekte anziehen. Die For- gramm durch das Projekt NUCAN. standardisiert werden. scher verwenden Wechselspannungen im Radiowellenbereich um 1 MHz, so Produktorientierung wird durch For- dass im Wasser gelöste geladene Teil- schung ergänzt: Das Vordringen in chen lediglich hin- und herschwingen, Ansprechpartner kleinere Dimensionen endet beim ein- während die Proteinmoleküle zu den Prof. Dr. Frank F. Bier zelnen Molekül. In der medizinischen Elektrodenspitzen wandern. Auf ähnli- Telefon: +49 (0) 33200/88-378 Analytik, z. B. bei der Bestimmung der chen Grundlagen basierende »Lab-On- [email protected] Blutwerte, geht die Entwicklung hin zu Chip«-Systeme, die lebende Zellen immer kleineren Probenmengen. Dies charakterisieren und sortieren, sind seit hat nicht nur – im wahrsten Sinne des einigen Jahren am Markt eingeführt. Wortes – spürbare Vorteile für den Die Leistungsfähigkeit dieser Systeme Patienten. In kleineren Volumina laufen ließe sich durch die beschriebene Mög- chemische Reaktionen schneller ab, sie lichkeit, einzelne Moleküle allein durch verbrauchen weniger kostbares Pro- elektrische Signale zu manipulieren,

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Angebote, Ergebnisse und Produkte der Arbeitsgruppen

Biosensorik

Angewandte Forschung & Entwicklung: – Entwicklung von integrierten Bio- sensor- und Biochip-Analysatoren (Mikrofluidik, Detektion und Aus- wertesoftware) – Entwicklung von Fluoreszenzdetek- toren – CCD-Kamerabasierter Microarray- Reader – Entwicklung elektrochemischer und fluorimetrischer Immunoassays und -sensoren (Hormone, Betäubungs- mittel) – Oberflächenchemie und Immobilisie- rung von Biomolekülen – Nanopartikel-basierte Immunoassays

Service: – Protein interaction analysis mit label- freiem Biosensor (Biacore T100) – Charakterisierung von Antikörpern (Affinität, Kinetik, Thermodynamik) – fluoreszenzspektroskopische und elektrochemische Charakterisierung von Reagenzien und Biomolekülen

Ansprechpartner Dr. Nenad Gajovic-Eichelmann Telefon: +49 (0) 33200/88-350 [email protected]

68 Jahresbericht 2005 05_051349frin_GFB 29.11.2005 14:45 Uhr Seite 69

Nanobiotechnologie Mikroarray- & Biochip-Technologie

Angewandte Forschung Angewandte Forschung & Entwicklung: & Entwicklung: – hochaufgelöste, laterale Strukturie- – chemische/biochemische Kopplung rung von Immobilisaten (»Nano- von biologischen Funktionsmo- strukturen«) lekülen an diverse Oberflächen, z. B. – Etablierung der Nanotechnologie mit Glas- und Polymerchips, Mikrotiter- Biomolekülen, Einzelmolekülver- platten, Membranen ankerung – laterale Strukturierung von Immobili- – PCR auf dem Chip saten (Biochip-Design) – DNA-Protein-Wechselwirkungs- – DNA-Chip-Entwicklung analyse – Peptidchip-Entwicklung – DNA-Computing – Antikörper-Mikroarrays – Oberflächenanalytik (Rastersonden- – Entwicklung von Fertigungstechniken mikroskopie, AFM, SNOM, MFM) für die Biochip-Herstellung – On-Chip-Molekularbiologie – SNP-Analyse mit dynamischem – Peptid- und Nukleinsäurestrukturen Mikroarray als Biochip-Werkzeuge – Enzymaktivität an immobilisierten Substraten Technologie-Schulung: – chemische Arrays – Workshop für Rastersonden- – Softwareentwicklung mikroskopie – Bioinformatik/Datenbanken

Service: – Fertigung von Test- und Kleinserien Ansprechpartner – Anfertigung von Gutachten und Dr. Markus von Nickisch-Rosenegk Studien Telefon: +49 (0) 33200/88-207 [email protected] Technologie-Schulung: – Workshop Biochip-Technologie – Workshop Bioinformatik

Ansprechpartnerin Dr. Eva Ehrentreich-Förster Telefon: +49 (0) 33200/88-293 [email protected]

Jahresbericht 2005 69 05_051349frin_GFB 29.11.2005 14:45 Uhr Seite 70

Projektbeispiel: Peptidchip zum Epitopmapping

Mikroarray- & Biochip-Technologie

Ausgangssituation

A Autoimmunerkrankungen zählen zu den in ihrer Entstehung und in ihrem Krankheitsverlauf am wenigsten cha- rakterisierten Krankheiten. Die genau- en Ursachen und Mechanismen für das Auftreten einer abnormen Immun- antwort gegen körpereigenes Gewebe und Organe sind weitestgehend unge- klärt. Besonders die für die Entstehung der Pathophysiologien verantwortli- chen autoreaktiven Antikörper sind nur wenig charakterisiert und können oftmals nicht spezifisch detektiert werden.

B Der TSH-Rezeptor besitzt als Autoanti- gen eine zentrale Bedeutung für die Ausprägung verschiedener Auto- immunerkrankungen der Schilddrüse (Autoimmunthyreopathien). Die Unter- suchung des Antikörperspektrums von Patienten mit Autoimmunthyreopathie erlaubt die Charakterisierung von Anti- körperspezifitäten, die symptomatisch für bestimmte Schilddrüsenerkrankun- gen oder deren zeitliche Ausprägung sind. Die parallele Detektion dieser Autoantikörper kann einen Fortschritt in der differenzierten Diagnostik und für die individualisierte Therapie dieser Erkrankung bedeuten.

Aufgabe

Autoimmunerkrankungen der Schild- drüse sind durch das Vorhandensein C heterogener Antikörperpopulationen (TRAk) gekennzeichnet. Das Krank- heitsbild von Autoimmunthyreopathien wird durch den Typ und die Konzentra- tionen der einzelnen TRAk bestimmt. Ziel dieser Arbeit ist daher die Entwick- lung eines miniaturisierten und hoch- parallelen Testsystems für die Sero-

Abbildung 1: Technische Umsetzung des Konzepts zur Herstellung eines miniaturisierten Testsystems für die Charak- terisierung von Anti-TSH-Rezeptor-Antikörpern. A: Virtuelle Einteilung der Primärsequenz des humanen TSH-Rezep- tors (764 Aminosäuren) in 251 überlappende Peptide. B: Vollautomatische Synthese der Peptidsonden auf dem LIPS- Synthesizer der peptides & elephants GmbH. C: Herstellung der Peptid-Mikroarrays im kontaktfreien Druckverfahren durch ortsaufgelöste Immobilisierung von Peptid-Trägerprotein-Komplexen auf chemisch aktivierten Glasoberflächen.

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Abbildung 2: Fluoreszenzbild der Peptidchipanalyse biklonaler Anti-TSH-Rezeptor-Antikörper in thermografischer Falschfarbendarstellung. Steigende Fluoreszenzintensitäten werden gemäß dem Translationsbalken am unteren Bildrand in der Farbfolge Schwarz (keine Fluoreszenz), Blau, Grün, Gelb, Rot und Weiß dargestellt. Der Antikörper SM5097 bindet ein Epitop im äußeren aminoterminalen Bereich des Rezeptors, das sich über die Peptide Nr. 9-12 erstreckt. Die Bindungsregion des zweiten Antikörpers involviert die Peptide 95–97 und liegt ebenfalls in der extrazellulären Domäne des Rezeptors.

diagnostik und molekularimmunologi- Realisierung sche Charakterisierung von Auto- immunthyreopathien. Auf der Basis Die technische Umsetzung des Kon- synthetischer Peptide als variable und zeptes ist im Flussdiagramm in Abbil- vielseitige Sonden wird ein Mikroarray dung 1 dargestellt. Für die Herstellung hergestellt, auf dem die Primärsequenz der TSH-Rezeptor-Peptidchips wird die des humanen TSH-Rezeptors durch Aminosäuresequenz des humanen kurze, überlappende Peptide repräsen- TSH-Rezeptors (86,8 kDa) unter der tiert wird. In einer ersten Studie wer- Vorgabe einer Peptidlänge von 15 den die Mikroarrays zur Bestimmung Aminosäuren und einem Versatz von der antikörperbindenden Regionen drei Aminosäuren in silico in einzelne, von monoklonalen Antikörpern (Epito- sich überlappende Peptidsequenzen pe) innerhalb des Antigens eingesetzt zerlegt. Die durch dieses Verfahren (Epitopmapping). erhaltenen 251 Peptide werden syn- thetisch hergestellt und für die gerich- tete Immobilisierung N-terminal mit einem Biotinlinker ausgestattet. Die Peptide werden in einer Flüssigphasen- reaktion an das Trägerprotein Strepta- vidin gekoppelt und als Peptid-Strepta- vidin-Komplexe ortsaufgelöst an chemisch aktivierte Glasoberflächen gebunden. Die Peptidchips werden in einem Immunfluoreszenz-Sandwich- Assay-Format für die Bestimmung der Epitopregionen verschiedener mono- klonaler TRAk eingesetzt.

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Ergebnisse Ansprechpartner Die Charakterisierung der Bindungsre- gionen von Antikörpern, die gegen Dipl.-Biotech. Heiko Andresen proteinogene Antigene gerichtet sind, Dr. Eva Ehrentreich-Förster liefert Informationen für verschiedene Institutsteil Anwendungen der Immunologie, Dia- Medizinische Biotechnologie gnostik und Therapie. Das im Rahmen Abteilung Molekulare Bioanalytik dieser Arbeit entwickelte miniaturisier- & Bioelektronik te Testsystem für den parallelen Nach- Arthur-Scheunert-Allee 114–116 weis und die Charakterisierung von 14558 Nuthetal Anti-TSH-Rezeptor-Antikörpern wurde Telefon: 033200/88-405 zunächst in der Analyse von monoklo- [email protected] nalen TRAk validiert. Mit Hilfe des Telefon: 033200/88-438 Peptidchips konnten die Epitopregio- [email protected] nen aller getesteten Antikörper zuver- lässig und reproduzierbar bestimmt werden. Abbildung 2 zeigt exempla- risch die Ergebnisse der parallelen Cha- rakterisierung biklonaler TRAb. Der Antikörper SM5097 bindet ein Epitop in der aminoterminalen extrazellulären Domäne des Rezeptors. Anhand der Konsensussequenz der bindungsrele- vanten Peptide kann das Epitop auf die Aminosäuren 32–39 eingegrenzt werden. Die Bindungsregion des zweiten, unbekannten Antikörpers liegt in der extrazellulären Domäne des Rezeptors zwischen des Aminosäuren 289–297. Die Spezifität der Antikörper-Peptid- Interaktionen wurde in allen Fällen durch Kompetitionsexperimente nachgewiesen.

Die Arbeiten wurden im Rahmen des BioHyTec-Projekts 03I1313B durch das BMBF unterstützt. Projektpartner sind peptides & elephants (Nuthetal) und in.vent diagnostic (Henningsdorf).

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Ausstattung

Biosensorik Nanobiotechnologie

– Bioaffinitäts-Analyse mit labelfreien – Laser-Scanning-Mikroskop (LSM, Detektionstechniken 350–633 nm) – Laborausstattung zum Arbeiten mit – Fluoreszenz-Korrelations-Spektroskop gentechnisch veränderten Organis- (Zeiss »Confocor«, mit LSM men (S1, Zellkultur, Hefe-Labor, PCR, gekoppelt) Elektrophorese, Gel-Imager, Zentri- – Rastersondenmikroskopie fugen etc.) (AFM, SNOM) – UV-vis-Spektralphotometer – Laborausstattung zum Arbeiten mit – Biolumineszenz gentechnisch veränderten Organis- – FT-IR-Spektrometer men (S1, Zellkultur, Hefe-Labor, PCR, – Fluoreszenz-MTP-Reader Elektrophorese, Gel-Imager, Zentri- – Fluoreszenz-Polarisation fugen etc.) – elektrochemische Workstation (Impedanz-Spektroskopie, Ampero- metrie etc.) Mikroarray- & Biochip-Technologie – optische Messtechnik (u. a. Leis- tungsmessung, Spektralanalyse) – Biochip-Arrayer zur Herstellung von DNA- und Biochips (verschiedene Arrayer verfügbar, Kontakt und Non-Kontakt) – Biochip-Scanner: Applied Precision »Arrayworx« – Eigenentwicklung »FLOW« zur simultanen kinetischen Messung im Durchfluss – Laser-Scanning-Mikroskop (LSM, 350–633 nm) – Rastersondenmikroskopie (AFM, SNOM) – Plasma-Reinigung – Spin-Coating – Sputtern

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Medizinische Biotechnologie (AMBT) Zelluläre Biotechnologie & Biochips

L929 Maus-Fibroblasten-Zellen richten ihre Körperlängsachsen und Form an nanoskopischen hohen Goldlinien aus (in Zusammenarbeit mit der Fa. NaWoTec GmbH).

Angebote, Ergebnisse und Produkte der Arbeitsgruppen

– Lab-On-Chip-Technologie – Zell-Assay-Entwicklung – Extremophilenforschung

Projektbeispiel: CCCryo – Culture Collection of Cryophilic Algae. Arktische Schnee- und Bodenalgen als einzigartige Bioressource

Ausstattung

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Zukünftig werden zellbasierte Diagno- führung von Zellen und Zellclustern für se- und Therapieansätze Schlüsselrol- die Mikroskopie, Sortieren verschiede- len in der Medizin einnehmen. Fort- ner Zellpopulationen, Zellseparation schritte in diesen Feldern werden und Zellaufbereitung bei kleinsten Pro- jedoch erst zu erzielen sein, wenn bemengen. Beim zweiten Ansatz wird Werkzeuge und Technologien zu Ver- versucht, die Anheftung und Migration fügung stehen, die es erlauben einzel- von adhärenten Zellen auf Oberflächen ne Zellen schonend und reproduzierbar gezielt zu steuern. Dazu werden ver- zu manipulieren und zu charakterisie- schiedene Signale eingesetzt: Mit ren. In der Abteilung Zelluläre Biotech- Mikrofluidiken lassen sich Konzentra- nologie & Biochips werden solche tionsprofile von löslichen Signalmo- Werkzeuge entwickelt. Dabei gehen lekülen mit hoher lokaler Präzision wir davon aus, dass für die geplanten erzeugen und für die Analyse der medizinischen Anwendungen die Zell- chemotaktischen Aktivität von Zellen zustände bzw. Differenzierungsmuster ausnützen. Durch das Aufbringen von der Zellen definiert einstellbar sein schaltbaren Polymeren auf nano- müssen. Dies lässt sich nur erreichen, skopisch strukturierten Oberflächen wenn man den Austausch von Infor- lassen sich die Adhäsionsbedingungen mationen zwischen einer Zelle und von Zellen einfach steuerbar variieren. ihrer Umgebung kontrollieren kann. Derzeit wird durch Kombination der Dieser Austausch kann sowohl durch beiden Ansätze eine Technologieplatt- Im Rahmen der Extremophilenfor- biochemische wie auch mechanische form aufgebaut, mit der die Zellent- schung der Abteilung wird eine Bank Prozesse ausgelöst werden. Unsere wicklung und Differenzierung insbe- von Schneealgen aufgebaut, die als Lösungen beruhen auf zwei Ansätzen: sondere von Stammzellen über bioche- Quelle von Biomolekülen (Enzyme, Mit Hilfe hochfrequenter elektroma- misch und topographisch definierte Farbstoffe) für biotechnologische gnetischer Felder können einzelne Zel- Oberflächenarchitekturen präzise Anwendungen (z. B. Verfahrens- len mit hoher Präzision und Stabilität in kontrolliert werden können. technik) dient. Lab-On-Chip-Systemen berührungslos gehandhabt werden. Durch eine geschickte Kombination von Mikro- elektroden und fluidischen Mikro- Ansprechpartner kanälen lassen sich in den Chips wich- Priv.-Doz. Dr. Claus Duschl tige Aufgaben erledigen: mikrometer- Telefon: +49 (0) 30/2093-8688 genaue Positionierung und Zusammen- [email protected]

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Angebote, Ergebnisse und Produkte der Arbeitsgruppen

Lab-On-Chip-Technologie

– Design und Entwicklung mikrofluidi- – zeitaufgelöste Untersuchung der scher Systeme (Chips, Peripherie, Zelladhäsion auf funktionalisierten Detektion) in der Biotechnologie und Oberflächen mittels Totalreflexions- Zellbiologie mikroskopie (TIRFM) – Entwurf und Aufbau chipbasierter – Charakterisierung der topographi- Mikrosysteme für die zellverträgliche schen Struktur künstlicher und bio- Injektion physiologischer Suspensio- gener Oberflächen mit Submikrome- nen in Mikrofluidiken, berührungslo- terauflösung mittels Rasterkraftmik- ses Handhaben einzelner oder weni- roskopie (AFM) sowie Untersuchung ger biologischer Objekte (Zellen, mechanischer Eigenschaften auf der Bakterien, Viren) und gezielte Ablage gleichen Längenskale mittels Mikro- zuvor charakterisierter Teilchen zur indentation weiteren Kultivierung – Mikroprozessierung mittels – Mikrosysteme für die kontrollierte UV-Laserablation Translation und Rotation suspen- – Mikromanipulation einzelner Objekte dierter Mikropartikel mittels Kapillaraspiration – manuelles, halbautomatisches und – Kultivierung von tierischen und Hefe- automatisches Sortieren von Mikro- kulturen auf S1-Ebene vor und nach objekten (z. B. lebender Zellen) in ihrer Manipulation in mikrofluidi- kontinuierlichen Durchflusssystemen schen Chips – zentrifugationsfreies Waschen und Beladen lebender Zellen mit z. B. pharmazeutischen Agenzien in mikrofluidischen Durchflusssystemen Ansprechpartner – Akkumulation und Detektion von Dipl.-Biophys. Magnus Sebastian Jäger Mikro- und Nanopartikeln in biotech- Telefon: +49 (0) 30/2093-8808 nologisch relevanten Suspensionen [email protected] – dielektrische Charakterisierung komplexer Teilchen auf Einzelzellebene – chipbasierte Elektromanipulation (z. B. Fusion) rarer Zellen (z. B. Stammzellen) – Transport geringer Flüssigkeitsmen- gen durch chipintegrierte Mikro- pumpen – Kombination dielektrischer Feldfallen und optischer Pinzetten zur simultanen Manipulation mehrerer Objekte und zur Charakterisierung von Wechselwirkungen (Bindungskräften) zwischen Teilchen – optische Mikroskopie auf High-End- Niveau, z. B. hochlichtempfindliche Fluoreszenzmessungen – numerische Kalkulation und Model- lierung elektrischer, optischer und hydrodynamischer Kräfte in Mikro- systemen – Einfluss elektrischer Wechselfelder (10 kHz bis 250 MHz) auf biologische Objekte

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Zell-Assay-Entwicklung

– Protein-Analyse mittels hochauf- lösender Immunfluoreszenz-Mikro- Ansprechpartner skopie Dr. Andreas Lankenau – Pulse-Chase-Technik zur Untersu- Telefon: +49 (0) 30/2093-8767 chung von Expressionskinetik [email protected] – zeitaufgelöste Charakterisierung molekularer Verschiebungen in der Zelle als Reaktion auf gegebene Manipulationen mittels Fluoreszenz- Time-Lapse- und TIRF-Time-Lapse- Mikroskopie – Entwicklung von Mikro-Fluidik- Trägern für die hochauflösende Mikroskopie – Krebsdiagnose durch Galvano- und Chemotaxis-Analyse – beeinflussungsfreie Untersuchung von Einzelzellen durch Analyse Extremophilenforschung zurückgelassener Zellspuren – Entwurf und Aufbau von Ober- flächen – CCCryo: Kultursammlung kryophiler – Entwicklung von Methoden zur und mesophiler Schnee-, Eis- und Differenzierung von Stammzellen Boden aus polaren und alpinen – beeinflussungsfreie Untersuchung Regionen der Erde (Schneealgen) des Differenzierungszustandes – Entwicklung von Kultursystemen zur – Kontrolle der Ablage von Zellspuren Massenanzucht carotinoidproduzie- durch Oberflächenmodifikation render Mikroalgen in Photobioreak- – Entwicklung eines Schnelltests zur toranlagen Bestimmung des chemotaktischen – Auftragsanzucht von Algenmaterial Potenzials unter definierten und/oder differen- – Korrelation von Stadien der Tumor- tiellen Bedingungen (UV-Strahlung, progression mit molekularen Vorgän- Licht, Temperatur, Nährstoffe) gen während der chemotaktischen – Lieferung von isolierter und gereinig- – physiologische Untersuchungen zur Zellbewegung ter DNA und RNA für Downstream- Kryophilie (Einzelzellkryomikroskopie – schaltbare Oberflächen zur Kontrolle Untersuchungen u. a.) der Zelladhäsion – Versand von Algenstämmen – phylogenetische Analysen anhand – Substrate für die Zellanalyse mit phy- (auf Anfrage) der 18S rDNA- und ITS-Gensequen- siologisch aufgebauten Oberflächen – Forschung auf den Gebieten der zen – Micro-Contact-Printing („µ-CP“) von Extremozyme (Proteom- und Trans- – populationsgenetische Untersuchun- Biomolekülen zur Herstellung von kriptanalysen) sowie der primären gen zur bipolaren Verbreitung kryo- Mikro- und Nanostrukturierungen für und sekundären Pflanzenmetabolite philer Algen zur Unterstützung von die Zellmanipulation (Gefrierschutzsubstanzen, mehrfach Klimamodellen – Gestaltung von Oberflächentopogra- ungesättigte Fettsäuren, Carotinoide, fien durch µ-CP von beschichteten Astaxanthin) Mikro- und Nanopartikeln auf Glas- – Enzymassays und Goldflächen – Grundlagenforschung zur Systematik – nanostrukturierte Goldoberflächen und Taxonomie kryophiler Süßwas- Ansprechpartner zur Kontrolle von Zellfunktionen sermikroalgen Dr. Thomas Leya – Anbindung von Biomolekül-Thiolen Telefon: +49 (0) 30/2093-8350 auf Goldoberflächen [email protected]

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Projektbeispiel: CCCryo – Culture Collection of Cryophilic Algae. Arktische Schnee- und Bodenalgen als einzigartige Bioressource

Extremophilenforschung

führen sie zum makroskopischen Phä- nomen des »Grünen Schnees«. Erstaunlich ist, dass diese trophischen Stadien von Schneealgen auf Schnee und Eis über andere, meist mesophile (= wärmeliebend) Algenarten, die dort, z. B. im Falle angrenzender Tundrave- getation, auch zu finden sind, domi- nieren. Als »echte« Schneealgen werden sie als psychrophil (= kälteliebend) bezeichnet. Diese Algenarten haben sich in den vergangenen Jahrmillionen der Evolution an ein Leben bei Tempe- raturen um 0 °C angepasst. Dabei ist in erster Linie nicht die Temperatur der eigentlich das Leben begrenzende Fak- tor, sondern die dadurch hervorgerufe- nen Phänomene der Austrocknung und des osmotischen Stresses, sowie natürlich die intrazelluläre Eiskristall- bildung bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunktes des Zytoplasmas.

Typisch für psychrophile Schneealgen ist die Tatsache, dass sie obligat an niedrige Temperaturen angepasst sind Abbildung 1: Fußabdrücke im »Roten Schnee« auf dem Doktorbreen im südöstlichen Spitzbergen. Die rote Färbung wird durch Milliarden von Schneealgen hervorgerufen. und, je nach Stamm bzw. Art, bei Tem- peraturen über +5 bis +20 °C absterben. Optimale Wachstumsraten wer- Ausgangssituation Dabei ist das Vermögen, Astaxanthin den von ihnen bei Temperaturen deut- zu synthetisieren, auch nur eine spezi- lich unter +15 °C, meist sogar unter Bei Schneealgen handelt es sich um elle Anpassung bestimmter Schneeal- +5 °C, erreicht. Die Umgebungstempe- eine Gruppe von Süßwassermikroal- genarten. Astaxanthin wirkt dabei als ratur ist im Leben der Schneealgen also gen, die sich an ein Leben im ewigen äußerst potenter Radikalfänger und sicherlich der wichtigste Schlüsselfak- Eis und Schnee der polaren und alpi- schützt dadurch die Zellen vor Zellschä- tor. Die daraus resultierenden physiolo- nen Gebiete unserer Erde angepasst den, die durch hohe Licht- und UV- gischen und biochemischen Anpas- haben. Als morphologische Adaption Strahlung verursacht worden sind. sungsstrategien der Schneealgen ste- bilden dabei einige Arten im Laufe Doch Starklicht ist nur ein extremer hen daher auch im Mittelpunkt der ihres jährlichen Lebenszyklusses dick- Umweltfaktor, dem diese einfach orga- Extremophilenforschung am IBMT. Im wandige Dauerstadien aus, die durch nisierten Pflanzen ausgesetzt sind. Bereich der sogenannten Extremozym- das massenhaft eingelagerte Ketocaro- Während in den rotgefärbten Ruhesta- forschung suchen wir Enzyme und tinoid Astaxanthin und andere Caroti- dien der Stoffwechsel der Zellen stark andere Proteine, die vom Organismus noide orange bis rot gefärbt erschei- reduziert ist, stellen die durch Chloro- temperaturabhängig synthetisiert bzw. nen und dadurch auch makroskopisch phylle grün gefärbten, vegetativen und reguliert werden. Einen Überblick über den Schnee rot färben – daher der generativen Zellstadien aus dem mögliche industrielle Anwendungen Ausdruck »Roter Schnee« oder in Lebenszyklus dieser Grünalgen die tro- solcher »coldzymes« und anderer von altem Seemannsgarn auch »Blut- phischen Stadien, also die photosyn- psychrophilen Organismen produzier- schnee« (siehe Abbildung 1). Die ver- thetisch aktiven Formen dar, die sich ter Substanzen zeigt Tabelle 1, S. 81. stärkte Synthese von Astaxanthin und im Labor endlos vermehren lassen. Bei Des Weiteren wird in der Arbeitsgrup- die damit meist verbundene Bildung Massenvermehrung in ihrem Habitat pe untersucht, inwieweit sich Schnee- von Dauerstadien ist eine Strategie von algen eignen, um die von ihnen syn- Schneealgen, dem Licht- und Käl- thetisierten Sekundärpigmente, in ers- testress in ihrem Habitat zu begegnen. ter Linie Carotinoide, im industriellen

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Maßstab zu produzieren. Neben diesen industrieller Prozess Biomolekül Vorteile Quellorganismus Bereichen der angewandten Forschung Käsereifung, Neutrale Proteasen Stabil bei niedrigen psychrophile liegt ein weiterer Schwerpunkt in der Milchprodukte Temperaturen Grundlagenforschung zur Phylogenie, Reinigungsmittel: Proteasen, Amylasen, Verbesserte Leistung psychrophile Taxonomie und Verbreitung von Abbau von Polymeren Lipasen des Reinigungsmittels Schneealgen. Marine Fischzucht Mehrfach ungesättigte Produktion unter kalten psychrophile Fettsäuren (PUFAs) Umgebungsbedingungen Die Grundlage zum Studium der Biologische Sanierung Abbau von Wirkungsvoll in kalten psychrophile Schneealgen bildet die in den letzten Ölverschmutzungen Gewässern Jahren am IBMT installierte Lebendkul- Pharmazeutika Mehrfach ungesättigte psychrophile tursammlung kryophiler Algen CCCryo Fettsäuren (PUFAs) (= Culture Collection of Cryophilic Biosensoren Dehydrogenasen psychrophile Algae) und die tiefgefrorenen Schnee- algensammlungen in Sulzbach (Saar). Tabelle 1: Beispiele industrieller Prozesse, in denen kälteaktive Enzyme und andere Produkte psychrophiler Organis- men Anwendung finden (verändert, aus: Rothschild, L.J. & Mancinelli, R. L. (2001): Life in extreme environments. – Nature 409: 1092–1101). Projektbeschreibungen und Aufgaben Sekundäre Pigmente – Carotinoide auf das Immunsystem und lässt sich CCCryo und Phylogenie – Die Grund- Die Synthese von Carotinoiden ist therapeutisch bei Geschwülsten in der lage zur Extremophilenforschung typisch für viele Bodenalgen wie auch Magenschleimhaut einsetzen. In Tier- Die unterschiedlichen Anpassungen für einige Schneealgenarten (s. o.). Da versuchen wurde seine antibiotische der Schneealgen lassen sich im Labor Carotinoide neben den grünen Chloro- Wirksamkeit gegenüber Heliobacter in erster Linie an den trophischen, also phyllen in Form proteingebundener pylori, dem Verursacher der chroni- den aktiv wachsenden Zellen studie- Pigmente an der Lichtabsorption betei- schen Typ B Gastritis, nachgewiesen. ren. Die Arbeitsgruppe Extremophilen- ligt sind, sind sie für alle photosyntheti- Im Rahmen der bisherigen Arbeiten forschung hat dazu in den letzten Jah- sierenden Pflanzen essentiell. Während wurden verschiedene psychrophile und ren die Lebendkultursammlung Pflanzen Carotinoide selbst synthetisie- mesophile Boden- und Schneealgen- CCCryo angelegt, die mittlerweile über ren, können Tiere dies nicht und sind stämme aus unserer Sammlung hin- 200 Stämme beherbergt, von denen gezwungen, diese Substanzen mit sichtlich ihres Pigmentspektrums und jeder einzelne ursprünglich aus einer ihrer Nahrung aufzunehmen. So resul- ihrer Kulturansprüche untersucht. Ziel einzigen Zelle hervorgegangen ist. Sol- tieren zum Beispiel die Farben im war es, mehrere Algenstämme zu che Klonkulturen sind unabdingbar für Gefieder vieler Vögel oder im Muskel- identifizieren, die sich im Rahmen ihrer die phylogenetischen, physiologischen fleisch von Fischen und Krustentieren Kulturansprüche am Standort Mitteleu- und molekularbiologischen Untersu- aus den Carotinoiden, die diese über ropa zu bestimmten Jahreszeiten und chungen, wie sie zzt. in der Arbeits- die Nahrungskette aufnehmen. den damit verbundenen Temperatur- gruppe im Rahmen verschiedener Pro- Die Farbe des Gefieders der Flamingos und Lichtverhältnissen großtechnisch jekte durchgeführt werden. Zur Siche- oder die typische Rosafärbung des in Photobioreaktoren kultivieren lassen. rung dieser einzigartigen Bioressource Fleischs von Lachsen sind dazu nur Bisher werden in unseren Breiten im wurde kürzlich begonnen, die Stämme zwei Beispiele. Wesentlichen die Grünalge Chlorella in flüssigem Stickstoff zu kryokonser- sp. und das Cyanobakterium (Blaualge) vieren. Die Einlagerung erfolgt sowohl Das industrielle Interesse an Carotinoi- Arthrospira sp. (Synonym: Spirulina sp.) im Institutsteil AMBT in Berlin als auch den ist in den letzten Jahren enorm kultiviert. Diese beiden Organismen in der mikrosystembasierten Zellbank gestiegen. Neben der Nutzung der lassen sich jedoch in Mitteleuropa in eurocryoSaar in Sulzbach in der Nähe Algenrohmasse als Zusatz zu Futtermit- den Wintermonaten aufgrund zu nied- des Mutterinstituts im Saarland. teln in der Fisch, Geflügel- und Garne- riger Umgebungstemperatur und lenzucht, sind vor allem auch die Berei- schlechter Lichtverhältnisse nicht kulti- che der Humanmedizin und der phar- vieren, so dass die Photobioreaktoran- mazeutischen Industrie weitere viel lagen für einige Monate still liegen. versprechende Absatzmärkte für Caro- Unser Ansatz war es, diese unwirt- tinoide. So wird beim Astaxanthin schaftliche Winterlücke durch die Kulti- seine außerordentlich starke Radikal- vierung kälteangepasster Algenarten, fängeraktivität als Schutz vor Haut- schäden durch UV-Strahlung geschätzt. Zudem wirkt dieses Pigment positiv

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30 teaktive Enzyme) stehen im Fokus mesophilic unserer Extremozymforschung. Tabelle 25 1 zeigt Anwendungsbeispiele für käl- teaktive Enzyme bzw. Sekundärmeta- 20 C]

° bolite psychrophiler Organismen in ver- mesophilic mesophilic schiedenen industriellen Prozessen. 15 psychrophilic psychrophilic Ergebnisse 10

Temperatur T [ Temperatur psychrophilic psychrophilic Sekundäre Pigmente – Carotinoide 5 Die Ergebnisse der bisherigen Arbeiten zeigen, dass verschiedene psychrophi- 0 le, aber auch einige mesophile Schnee- algen aufgrund ihres Pigmentspek- -5 trums und ihrer Temperaturansprüche Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez für eine großtechnische Produktion CCCryo 005-99 CCCryo 105-99, 138-01 mittleres Tagesminimum interessant sind. Zur Induktion der Syn- mittleres Tagesmaximum CCCryo 011-99, 112-00 CCCryo 001a-99, 096-99, Mittelwert these von Sekundärpigmenten und 101-99, 140-01 anderer Metabolite wurden die Algen- Abbildung 2: Prinzip einer »Fruchtfolge« im Zusammenhang mit der Massenkultur von Algen unter Berücksichtigung kulturen nach Anzucht auf Biomasse ihrer notwendigen Kulturtemperatur in Mitteleuropa. Ein Wechsel von mesophilen und psychrophilen Algen im Jah- resverlauf ermöglicht es, auch bei niedrigen Temperaturen durch die Kultur psychrophiler Stämme diese ansonsten (= grüne Phase) in ein spezielles nähr- unwirtschaftliche Phase zu nutzen. stoffreduziertes Kulturmedium über- führt und Starklichtbedingungen aus- im Sinne eines Wechsels in der gesetzt (= rote Phase). Beispielhaft sei »Fruchtfolge«, zu schließen, um damit hier zum einen die psychrophile Art die Gesamtwirtschaftlichkeit einer sol- Raphidonema sempervirens (CCCryo chen Anlage für den Standort Mittel- 011-99) aufgeführt, die auffällige europa zu erhöhen (Abbildung 2). Mengen an Lutein und Violaxanthin, aber auch a-Tocopherol (= Vitamin E) Coldzymes produziert (Abbildung 3A). Lutein wird Charakteristisch für psychrophile beim Menschen vermehrt in der Retina Schneealgen ist die Tatsache, dass opti- eingelagert und wirkt besonders im male Wachstumsraten häufig bei Tem- Bereich des Gelben Flecks durch seine peraturen zwischen 0 und +5 °C antioxidative Wirkung positiv auf den erreicht werden. Zwar sind die erreich- Augenstoffwechsel. In humanmedizini- ten Werte niedriger als die Wachs- schen Studien wurden für dieses Pig- tumsraten mesophiler Stämme bei ment schützende Wirkungen gegen Temperaturen um +20 °C, jedoch zei- eine altersbedingte Maculadegenera- gen die letzteren z. B. bei +2 °C kaum tion beschrieben. Ein Mangel an Vita- oder gar kein Wachstum. Auf Schnee- min E ist beim Menschen zwar sehr feldern sind zwar auch immer meso- selten, jedoch konnte gezeigt werden, phile Arten zu finden, doch dominie- dass eine erhöhte Aufnahme das Risiko ren diese aufgrund der niedrigen einer Magenkrebserkrankung verrin- Umgebungstemperatur nicht über die gern kann. Der Gehalt an a-Tocopherol psychrophilen Arten. Es erscheint in Raphidonema sempervirens über- augenfällig, dass eine psychrophile steigt mit 9 mg 100 g-1 Frischmasse (FM) Schneealge, deren Gesamtstoffwechsel sogar den Gehalt in Roggen (2 mg an niedrige Temperaturen angepasst 100 g-1 FM). Als echte Schneealge ist, auch Enzyme besitzen sollte, die bei niedrigen Temperaturen höhere Substratumsatzraten zeigen als die entsprechenden Enzyme bei mesophilen Arten. Solche coldzymes (= käl-

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Abbildung 3: Pigmentproduktion zweier Schneealgenstämme unter normalen Wachstumsbedingungen (Grüne Phase) und unter Licht- und Nährstoffstress (Rote Phase). A - Stamm CCCryo 011-99 – Raphidonema sempervirens. Auffällig ist der hohe Gehalt an a-Tocopherol (Vitamin E). B – Stamm CCCryo 101-99 – Coenochloris sp. Auffällig sind die hohen Gehalte an Canthaxanthin und verschiedener Echinenone und echinenonähnlicher Pigmente.

bevorzugt Raphidonema Kulturtempe- Industriekooperation untersucht, inwie- men. Einzig variierter Faktor war dabei raturen unter +10 °C und zeigt höchs- weit sich einzelne Algenstämme unse- also die Temperatur. Um sich moleku- te Wachstumsraten um +5 °C. Damit rer Sammlung für eine wirtschaftliche larbiologisch den aktuellen Stoffhaus- eignet sich dieser Stamm als Kultur- Großproduktion in Photobioreaktoren halt der Algenzellen anzuschauen, d. h. pflanze für die Wintermonate. Der eignen. Als potenzielle Absatzmärkte einmal den der Zellen bei +2 °C und mesophile Stamm CCCryo 101-99 stehen dabei zunächst Fisch- und dann über eine Zeitreihe die Verände- (Coenochloris sp.) synthetisiert unter Geflügelzuchtbetriebe im Fokus. rungen in den Zellen, die nach dem Licht- und Nährstoffstress Carotinoide, Hitzeschock bei +8 °C auftraten, muss darunter Canthaxanthin (7 µg 100 g-1 Coldzymes (kälteaktive Enzyme) auf RNA-Ebene weitergearbeitet wer- FM) sowie Echinenon und weitere Zurzeit wird ein Algenstamm aus den. Zur Detektion temperaturregulier- echinenonähnliche Substanzen, die unserer Sammlung mit fokussiertem ter Enzyme wurde ein Primer ent- bisher noch nicht näher identifiziert Einsatz auf kälteaktive Enzyme hin wickelt, der an so genannte CRT/DRE werden konnten (Abbildung 3B). Can- untersucht. Dieser Stamm CCCryo cis-Elemente (= C-repeat/dehydration- thaxanthin findet als Farbstoff Anwen- 020-99 (Chloromonas sp.) ist psychro- responsive elements) bindet. Diese Ele- dung in der Lebens- und Futtermittel- phil, erreicht bei +2 °C seine höchsten mente sind in der Promotorregion ver- industrie. Dieser Stamm produziert Wachstumsraten und stirbt bei Tempe- schiedener Gene lokalisiert, die ihrer- auch das auf dem Weltmarkt begehrte raturen über +10 °C ab. Als Methodik seits durch Kälte und den daraus resul- Astaxanthin, allerdings mit gut 3 mg eignet sich eine modifizierte Differenti- tierenden Trockenstress induziert 100 g-1 FM nur etwa 1/20 dessen, was al Display Technique, bei der eine werden. Eine Familie von Transskripti- die Blutregenalge Haematococcus plu- Algenkultur unter optimalen Tempera- onsfaktoren (CBFs oder auch DREB1s) vialis zu synthetisieren vermag. H. plu- turbedingungen, d. h. in diesem Fall binden an diese Elemente und aktivie- vialis wird zurzeit wegen seiner wirt- bei +2 °C, angezogen wurde. Von die- ren davon abhängige Gene. Die Gene schaftlich äußerst effektiven Ertrags- ser Kultur wurde eine Probe genom- der CBFs/DREB1s werden selbst durch leistung weltweit vorrangig als natürli- men (WT), während der Rest einem tiefe Temperaturen induziert. cher Produzent von Astaxanthin Temperaturschock bei +8 °C ausge- kultiviert. Abbildung 2 zeigt schema- setzt, ansonsten aber unter identischen Erste Ergebnisse führten dann jedoch tisch das Grundprinzip einer »Frucht- Bedingungen fortkultiviert wurde. In nicht zu solchen temperaturregulierten folge«, bei der die optimale Kulturtem- zeitlichen Abständen wurden von die- Faktoren, sondern zu einem tempera- peratur der einzelnen Algenstämme ser Kultur ebenfalls Proben genom- turabhängigen ATP-bindenden Trans- der bestimmende Faktor ist. Mit psy- porterprotein (ABC-Transporter). Abbil- chrophilen Stämmen ließe sich die dung 4 zeigt mehrere, nach Hitze- ansonsten unwirtschaftliche Periode oder Kältestress ab- bzw. hochregulier- zwischen November und März über- te Transkripte, von denen eines zu brücken. Zurzeit wird im Rahmen einer 36 % Homologien in den Aminosäure-

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Ansprechpartner

Dr. Thomas Leya Institutsteil Medizinische Biotechnologie Abteilung Zelluläre Biotechnologie & Biochips Arbeitsgruppe Extremophilenforschung Invalidenstraße 42 10115 Berlin Telefon: +49 (0)30 / 2093-8350 [email protected]

Kooperationen

Carotinoide Abbildung 4: Ergebnisse einer modifizierten Differential-Display-Technik eines psychrophilen Schneealgenstammes Institut für Getreideverarbeitung (IGV), (CCCryo 020-99) auf einem Agarosegel. Für das im Text beschriebene Hitzeschockexperiment (HS – Snow 2) wurden die Algen zunächst bei 0 °C kultiviert (WT) und dann für unterschiedlich lange Zeitperioden (0,5 bis 8 h) einem Tem- Nuthetal peraturschock bei +8 °C ausgesetzt. Im Vergleich zur WT-Probe ist deutlich eine Abregulierung des Transskripts durch Arbeitsgruppe Prof. C. Lütz, den Wärmeeinfluss über die Zeitreihe erkennbar (siehe rechte Box). Universität Innsbruck, Österreich »Coldzyme« Dr. Bettina Linke und sequenzen zu einem in Reis (Oryza Mit diesen ersten Ergebnissen konnten Prof. T.J. Buckhout, Inst. für Biologie, sativa) identifizierten ABC-Transporter zwar noch keine industriell nutzbaren, Humboldt-Universität zu Berlin zeigt (siehe Abbildung 4). Diese kälteinduzierten Enzyme, wie in Tabelle Kryokonservierung äußerst große Proteinfamilie der ABC- 1 aufgeführt, identifiziert werden, Dr. Maike Lorenz, Sammlung von Transporter ist für den Transmembran- doch zeigen sie, dass bestimmte Pro- Algenkulturen Göttingen (SAG), transport in Zellen zuständig. Bei unse- teine im Haushalt der Schneealgen Universität Göttingen ren einzelligen Algen ist die Zellmem- tatsächlich temperaturabhängig regu- Dr. John G. Day, Culture Collection bran grundsätzlich, wie üblich, semi- liert werden. Andere aktuelle Untersu- of Algae and Protozoa (CCAP), permeabel, d. h. Wasser kann chungen beschäftigen sich nun zusätz- Scotland, U.K. entsprechend den osmotischen lich mit verschiedenen Assays, um zu Taxonomie und Phylogenie Drücken aus der Zelle oder in die Zelle zeigen, ob und welche Enzyme der Dr. Thomas Pröschold, Culture Collec- diffundieren, andere Stoffe grundsätz- Schneealgen bei niedrigen Temperatu- tion of Algae and Protozoa (CCAP), lich nicht. ABC-Transporter können ren tatsächlich höhere Substratumsatz- Scotland, U.K. nun, auch entgegen dem osmotischen raten vorweisen als die entsprechen- Gefälle, verschiedene Substanzen den Enzyme bei mesophilen Verwand- (Zucker, Ionen, Peptide und selbst ten dieser Algen. komplexere organische Moleküle) über die Membran transportieren, was Projektförderung möglicherweise für die Osmoregulati- on der Schneealgenzellen wichtig ist, DFG-Schwerpunktprogramm »Antark- da osmotischer Stress direkt mit Käl- tisforschung mit vergleichenden Unter- testress korreliert. suchungen in arktischen Eisgebieten« (SPP 1158) 2004-2005 FU 345/11-1 2005-2006 LE 1275/2-2 Industriekooperation Institut für Getreideverarbeitung (IGV), Nuthetal

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Ausstattung

Lab-On-Chip-Technologie Zell-Assay-Entwicklung Extremophilenforschung

– Cytocon 400-Technologie (Evotec – rechnergestützter Arbeitsplatz für – aufrechte und inverse Lichtmikrosko- Technologies GmbH) für die Einzel- 3-D-Bildverarbeitung pe mit Differentialinterferenzkon- zellmanipulation und Handhabung – Kontaktwinkelmikroskop trast- (DIC), Hell-, Dunkelfeld- und geringer Partikelzahlen in mikro- – Arbeitsplatz für biochemische Funk- Fluoreszenzeinrichtung sowie fluidischen Chips tionalisierung von Oberflächen und digitaler Bildverarbeitung – digitale 3-D-Bildverarbeitung für die microcontact printing (µ-CP) – konfokales Laser-Scanning konfokale Mikroskopie (Imaris) – konfokales Laser-Scanning-Mikro- Mikroskop (CLSM) – Mikrofluidik mit rechnergesteuerten skop (CLSM) – Zellkulturschränke (T = –15 bis Pumpensystemen – Fluoreszenzmikroskop mit Klimakam- +40° C, Licht = 0–300 µmol m-2 s-1) – Fluoreszenzkorrelationsspektrometer mer für zeitaufgelöste Langzeitmes- – Kulturraum (T = –10 bis +30 °C, (FCS) (in Zusammenarbeit mit Evotec sungen lebender Zellen Licht = 0–100 µmol m-2 s-1) Technologies GmbH) – Mikroskop für multispektrale totale – Laborstrecken für Zellaufschluss, – Excimer-Laser-Ablationsanlage (Wel- Reflexions-Fluoreszenz (TIRF) DNA-, RNA- und Proteinisolierung lenlänge: 248 nm) – Durchlicht- und Auflichtmikroskope und -reinigung – Durchlicht- und Auflichtmikroskopie mit Differenzialinterferenzkontrast, – Genlabore der Sicherheitsstufe S1 mit Hellfeld-, Phasenkontrast-, Fluo- Phasenkontrast, Reliefkontrast, Pola- – PCR-Thermozykler reszenz-, Polarisations- und Totalre- risations- und Fluoreszenzeinrichtung – 1-D- und 2-D-SDS Gelelektrophorese flexionseinrichtung (TIRFM) sowie – Zellzuchtlabor zur Kultivierung euka- von Proteomanalyse rechnergesteuertem Objekttisch und riotischer Zellen – Kryomikroskop mit digitaler Bildver- Zeitraffermöglichkeit – Raster-Elektronenmikroskop (in arbeitung – Rasterkraftmikroskopie (AFM) mit Zusammenarbeit mit der Humboldt- – Einfriergerät zur kontrollierten Kryo- simultaner Durchlicht- und Auflicht- Universität zu Berlin) konservierung einrichtung für Hellfeld-, Totalreflexi- ons- (TIRFM), Interferenzreflexions- Weiteres siehe auch Liste der Arbeits- (IRM) und Fluoreszenzmikroskopie gruppen »Lab-On-Chip-Technologie« – CAD-Entwurfseinrichtung (AutoCAD, und »Zell-Assay-Entwicklung« (s. o.) Solid Works) – konfokales Rasterlasermikroskop In Zusammenarbeit mit verschiedenen – numerische Kalkulationen mittels Lehrstühlen der Humboldt-Universität Finite-Elemente-Methode (FlexPDE) zu Berlin: – Raster-Elektronenmikroskop In Zusammenarbeit mit der Humboldt- – Transmissions-Elektronenmikroskop Universität zu Berlin: – Ultrazentrifugen – optische Pinzette (Laser Tweezers) mit kombiniertem UV-Laser zum Laserschneiden – Rasterelektronenmikroskop (REM) – Transmissionselektronenmikroskop (TEM) – Genlabore der Sicherheitsklassen S1 und S2 – PCR-Thermozykler – DNA-Sequenzierer – Ultrazentrifugation – Osmometrie mittels Gefrierpunkt und Dampfdruck

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Kryobiophysik & Kryotechnologie Kryoforschungsbank

Kryoelektronik in flüssigem Stickstoff vor der Kryoforschungsbank in Sulzbach. (Foto: Bernd Müller)

Angebote, Ergebnisse und Produkte der Arbeitsgruppen

– Kryoequipment & Kryorobotik – Nachwuchsgruppe BMBF Kryonanobiotechnologie – Kryoforschungsbank

Projektbeispiel: Tieftemperaturdatenspeicher für die Kryobanken der Zukunft

Ausstattung

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Bisher ist die junge »Wissenschaft vom biophysik & Kryotechnologie mit ihren tiefkalten Leben« (eine wörtliche Über- Arbeitsgruppen Kryoequipment & setzung der griechischen Begriffe des Kryorobotik und der BMBF-Nach- Wortes »Kryobiologie«) vorwiegend wuchsguppe Kryo-Nanobiotechnologie mittels empirischer Methoden zu ihren und entwickelt u. a. miniaturisierte Erfolgen bei der Konservierung von Kryosubstrate aus verschiedensten Zellen gekommen. Eine Begründung Materialien und in unterschiedlichen dafür liegt sicherlich in der Komplexität Skalierungen, optimierte Einfrier- und der Ursachen für die Schädigungen Auftauautomaten, industrietaugliche von Zellen, welche beim Einfrieren der Manipulationssysteme für kontamina- Zellen und bei der Lagerung unter den tionsfreien Zugriff auf kalte Proben Temperaturen des tiefkalten Stickstoffs und nicht zuletzt nanotechnologisch (d. h. üblicherweise unter ca. -150 °C) optimierte Oberflächen für die ober- und beim Auftauen auftreten. Das em- flächenbasierte Kryokonservierung pirische Auffinden geeigneter Einfrier- (siehe Abbildung). Diese Entwicklun- und Auftauraten und tolerierbarer gen stellen die Basis eines künftigen Kryoprotektiva ist berechtigt, wenn Werkzeugkastens für eine systema- eine ausreichende Menge der statisti- tisierte Kryobiophysik dar. schen Gesamtheit eines Zell-Ensembles »überlebt«, wie es bei der Zellkultur der Fall ist. Das Verlassen der Empirie in der angewandten Kryobiologie hin Ansprechpartner Kryobiophysik zu einem systematischeren Vorgehen & Kryotechnologie ist jedoch von fundamentaler Bedeu- Prof. Dr. Heiko Zimmermann tung für die erfolgreiche Anwendung Telefon: +49 (0) 6894/980-257 in denjenigen Bereichen, in denen die [email protected] einzelne Zelle und ihr Zustand an Bedeutung gewinnt, z. B. in der Stamm- zellforschung, der Therapie mit »pro- grammierten« Zellen und in der regene- Ansprechpartner Kryoforschungs- rativen Medizin sowie nicht zuletzt auch und -demonstrationsbank beim nachhaltigen Umgang mit Biores- Dr. Frank Obergrießer sourcen durch Lebendkonservierung Telefon: +49 (0) 6897/9071-90 von Zellproben. Für ein systematisches [email protected] und auf Verständnis basierendes Opti- mieren eines Kryokonservierungsvor- ganges, d. h. einem Zyklus aus Einfrier-, Lager- und Auftauprozesses, ist es notwendig, dass entsprechende Werk- zeuge zur Verfügung stehen. Dieser Aufgabe stellt sich die Abteilung Kryo-

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Angebote, Ergebnisse und Produkte der Arbeitsgruppen

Kryobiophysik & Kryoequipment & Kryotechnologie Kryorobotik

– Forschung und Entwicklung im – Entwicklung von Kryoequipment Bereich Tieftemperatur-Biophysik und (Substrate, Heiz-/Kühltische, Mikros- Kryo-Biotechnologie kope, etc.) – Entwicklung von Kryodisposables – Entwicklung von Automatisierungs- (Substrate, Heiz-/Kühltische, Mikros- konzepten für Kryobanken und Kryo- kope, etc.) behälter – Entwicklung von Einfrierprozeduren – Spezialanfertigung von Kryo-Infra- für Einzelzellen, Zellverbände und strukturelementen (z. B. »Intelligen- Gewebe te« Transportbehälter, Installationen – Entwicklung von Tieftemperaturelek- für die Probensicherheit) tronik-Messplätzen – Tooldesign im Bereich Kryo-Biotech- – tieftemperaturtolerante und -opti- nologie mierte digitale Speichersysteme – Tieftemperatur-Imaging (Spezial- – Datenbankkonzeption für Proben- Video-Lösungen), Tieftemperatur- banken mit industrieller Skalierung Sensorik – Forschung und Entwicklung im – Forschung und Entwicklung im Bereich chipbasiertes, adaptives Bereich Kryorobotik Labor- und Workflowmanagement – Spezialentwicklung im Bereich Tem- (»ChameleonLab«-Technologie) peraturmessung (Tieftemperatur) – dynamische Infrarotthermographie und -steuerung – Forschung und Entwicklung im Bereich mikrosystembasierte Kryo- konservierung Ansprechpartner Dipl.-Phys. Uwe Schön Telefon: +49 (0) 6897/9071-30 Ansprechpartner [email protected] Prof. Dr. Heiko Zimmermann Telefon: +49 (0) 6894/980-257 [email protected]

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Nachwuchsgruppe »Kryo-Nanobiotechnologie« Kryoforschungs- und des BMBF -demonstrationsbank

– Forschung im Bereich des ober- – Einlagerung von biologischem Mate- flächenbasierten Einfrierens von rial zu Forschungszwecken Zellen – Erprobung von kundenspezifisch – Forschung im Bereich nanostruktur- entwickeltem Kryoequipment (Sub- unterstützter Kryokonservierung strate, Heiz-/Kühltische, Mikroskope, – Entwicklung neuer Nanostrukturie- etc.) rungsmethoden – Erprobung von Kryoprozeduren – Forschung im Bereich Hydrogel- – Kryoprototypenbanken Mikroverkapselung (2-D/3-D) und – Erprobung von Kryobankkonzepten Zellprogrammierung für die Kryo- – Entwicklung und Validierung von konservierung Kryodatenbanken – Beratung bei der Erstellung kunden- eigener Kryobanken mit spezifischen Software-Lösungen Ansprechpartner Prof. Dr. Heiko Zimmermann Telefon: +49 (0) 6894/980-257 [email protected] Ansprechpartner Dr. Frank Obergrießer Telefon: +49 (0) 6897/9071-90 [email protected]

Jahresbericht 2005 87 05_051349frin_GFB 29.11.2005 14:45 Uhr Seite 88

Projektbeispiel: Tieftemperaturdatenspeicher für die Kryobanken der Zukunft

Kryobiophysik & Kryotechnologie

Ausgangssituation Lösungsansatz

Die Bedeutung der Kryokonservierung Der komplett neue Lösungsansatz des hat in den letzten Jahren stark zuge- Fraunhofer IBMT sieht eine mechani- nommen, da die biomedizinische For- sche Kopplung von biologischer Probe schung, die industrielle Biotechnologie und der dazugehörigen vollständigen und die medizinische Anwendung von Information in elektronischer Form vor. Zellbanken profitieren, in denen neben Damit werden herkömmliche Kenn- Abbildung 1: Computergerenderte Grafik eines intelli- permanenten Zelllinien auch Stamm- zeichnungsverfahren von einer elektro- genten Kryosubstrates: (rechts) Flash-Datenträger mit zellen, Keimzellen und Primärzellen nischen Probenidentifikation abgelöst kleinem Formfaktor (43 x 36 x 3,3 mm); (links) miniaturisierte 30er Wellplatte mit Zellsuspension (max. 30 µl tiefgefroren sind und in Zukunft auch bzw. komplettiert, die einen wesentli- pro Well) zum Aufschieben und Stapeln auf dem ange- Gewebe und Organkomponenten, wie chen Beitrag zur Erhöhung der Sicher- koppelten Datenträger. (Grafik: H. Görgen, IBMT) z. B. Langerhanssche Inseln, aufbe- heit und Zuverlässigkeit für eine ein- wahrt werden können. Die benötigten deutige Probenzuordnung leistet. Das Zellen oder Zellverbände stehen dann unmittelbare Vorhandensein eines zum gewünschten Zeitpunkt in ausrei- elektronischen Datenträgers am Pro- chender Menge zur Verfügung (Sam- benträger (= intelligentes Kryosubstrat, ple-On-Demand), was insbesondere in siehe Abbildung 1) ermöglicht die der regenerativen Medizin, z. B. beim lückenlose Dokumentation und Über- Tissue Engineering und vor allem bei wachung jeglicher Art probenspezifi- der Zelltransplantation, eine wichtige scher Daten, wenn entsprechende Rolle spielt. Die zukünftigen Zellthera- Infrastrukturen für Labor, Transport pieformen, die z. B. zur Behandlung und Lagerung vorhanden sind. Neben von Autoimmunerkrankungen unab- der zu gewährleistenden Funktion und dingbar sind, werden exakt definierte Zuverlässigkeit des Datenträgers bis zur und vor allem lückenlos dokumentierte Temperatur des flüssigen Stickstoffs Präparations-, Konservierungs- und (–196 °C) müssen für die Integration Lagerungsbedingungen bis hin zum elektronischer Komponenten in kryo- einzelnen Zelltransplantat erfordern. genen Systemen effiziente Schnittstel- Vollkommen neue Maßstäbe werden len zur Energie- und Datenübertra- bezüglich der geforderten Qualität und gung zwischen den Systemkomponen- Verfügbarkeit, aber auch der Identifi- ten bei Raumtemperatur und der Tief- kation der benötigten biologischen temperaturelektronik verwendet Zellproben angelegt werden müssen. werden, die bei optimaler Ausnutzung Für die Probenkennzeichnung ist es der Kanalbandbreite keine übermäßige bisher üblich, eine einfache Beschrif- Wärme übertragen. Allerdings sind auf tung oder einen gedruckten Barcode dem freien Markt keine elektronischen auf dem Probenbehältnis anzubringen. Komponenten erhältlich, die für den Diese Kennzeichnungsverfahren sind geforderten kryogenen Temperaturbe- äußerst fehleranfällig und für den Ein- reich spezifiziert sind. satz bei einer ständig steigenden Pro- benanzahl (z. B. in autologen Kryoban- Ergebnisse ken wie Nabelschnurblutbanken) und immer kleiner und bedeutungsvoller Umfangreiche und testintensive Unter- werdenden Einzelproben wenig prakti- suchungen werden benötigt, um Tem- kabel. peraturgrenzen für eine zuverlässige Funktionsweise elektronischer Kompo- nenten bei tiefen Temperaturen zu ermitteln und temperaturabhängige Änderungen charakteristischer Kenn- linien zu messen. Die Evaluierung aus- gewählter elektronischer Komponen- ten setzte die Entwicklung und den

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Aufbau von geeigneten Messplätzen und Testmethoden voraus. Es steht nun eine Vielzahl von Test- und Lager- systemen für Temperaturen bis –196 °C zur Verfügung, die modular und flexi- bel an unterschiedlichste Anforderun- gen adaptiert werden können. Die bisherigen Resultate [Ihmig et al. 2005] geben Aufschluss über notwendige Modifikationen und erforderliche Randbedingungen für den Aufbau von tieftemperaturtauglichen elektronischen Schaltungen. Für die Langzeitla- gerung von speziellen Flash-Speichern ergaben sich über einen Zeitraum von 2 Jahren unter realen Umgebungsbe- dingungen keine Bitfehler für die Datenhaltung. Ein tieftemperaturtaug- liches Multiplexersystem konnte für die Aufnahme von Flash-Speichern realisiert werden (siehe Abbildung 2). Die Funktionalität wurde sowohl für das Schalten der einzelnen Kanäle, als auch für die Kommunikation mit den Speichermedien im flüssigen Stickstoff reproduzierbar nachgewiesen. Ein anschaulicher Technologiedemonstra- tor steht für die Kühlung mehrerer Multiplexersysteme mit flüssigem Stickstoff zur Verfügung (siehe Abbil-

dung 3). Solche Multiplexer stellen die Abbildung 2: Betrieb des Multiplexersystems, bestückt mit 8 Speichermedien, im Technologiedemonstrator mit flüssi- Grundlage für eine effektive elektroni- gem Stickstoff (-196 °C). Die blaue LED zeigt den aktiven Kanal für die Datenübertragung an (Foto: Bernd Müller). sche Infrastruktur in zukünftigen Lagertanks dar, da sie eine Datenüber- tragung in konzentrierter Form ermög- lichen. In einem weiteren Entwick- turm, eine Entwicklung der Arbeits- menten und Baugruppen bei tiefen lungsschritt konnte das Multiplexersy- gruppe Kryoequipment & Kryorobotik, Temperaturen bis –196 °C zur Verfü- stem in kompakterer Bauform an bietet den Vorteil, dass er mit Stick- gung. Die bereits vorhandenen intelli- einem Lagertank der Forschungs- und stoffgas kontrolliert gekühlt werden genten Kryosubstrate bilden gemein- Technologiedemonstrationsbank kann, und so im Innern eine Schutzat- sam mit den beschriebenen Multiple- euroCryo Saar in Sulzbach integriert mosphäre entsteht, die ein Auftauen xersystemen sowie den laufenden Ent- werden. Es ist im Schleusensystem des oder Vereisen der Proben über Stun- wicklungen im Bereich der Kryorobotik Entnahmeturms integriert und dient an den verhindert. die Grundlage für die Konzeption und dieser Stelle als Datensynchronisations- Entwicklung des intelligenten Kryo- station beim Ein- und Auslagern von Potenzial tanks der Zukunft. Dabei steht die Proben (siehe Abbildung 4). Die ent- gemeinsame Nutzung eines Kommuni- wickelten elektronischen Schubladen, Am Fraunhofer IBMT stehen nunmehr kationskanals durch eine Vielzahl die mit den intelligenten Kryosubstra- umfangreiche Datenmengen und dezentral verteilter Speichermedien ten ausgestattet sind und in ein Stan- Erfahrungen zum Verhalten von Mate- innerhalb des Kryotanks mit dem Ziel dardlagersystem eines Kryotanks pas- rialien sowie elektronischen Bauele- der Ressourcenoptimierung im Mittel- sen, können modular mit der Synchro- punkt. Die Integration von ergänzen- nisationsstation über Steckverbinder der Sensorik, Transpondertechnologien kontaktiert werden. Der Entnahme- (RFID) und breitbandigen Übertra-

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gungsmedien (LWL) wird dabei zusätz- liche Herausforderungen darstellen. Die in jeden Probenträger implemen- tierte elektronische Intelligenz bietet zudem viele weitere Nutzungsmöglich- keiten, die den therapeutischen Wert und den Austausch von Zelltransplan- taten optimieren können. Dazu zählen die kontinuierliche Akkumulation von Daten äußerer Einflüsse (On-Chip- Monitoring) sowie die Implementie- rung von Steuerungsdaten definierter probenspezifischer Präparationsabläufe für einen automatisierten Laborbetrieb, woran bereits gearbeitet wird (Chame- Abbildung 3: Foto eines tieftemperaturtauglichen Multiplexersystems, bestückt mit 8 Speichermedien. Die blaue LED leonLab™). Mit der Entwicklung dieser zeigt den selektierten Kanal für die Datenübertragung. und weiterer Technologien wird ein zukunftsfähiges Kryobanking etabliert werden können. Auch der Einsatz tief- temperaturtoleranter Elektronik in anderen Bereichen, wie z. B. der Raumfahrt, eröffnet weitere potenzielle Anwendungsfelder.

Referenz Entnahmeturm Ihmig F. R., Shirley S. G., Durst C. H. P., Zimmermann H.: Cryogenic Electronic Memory Infrastructure for Physically Related “Continuity of Care Records” of Frozen Cells. Cryogenics 2005, im Druck.

Ansprechpartner

Prof. Dr. Heiko Zimmermann Schleuse Telefon: +49 (0) 6894/980-257 [email protected]

Dipl.-Ing. Frank Ihmig Telefon: +49 (0) 6894/980-258 [email protected]

Tank

Abbildung 4: Multiplexersystem als Datensynchronisationsstation im Schleusensystem des Entnahmeturms auf einem Kryotank. Die blaue LED zeigt den aktiven Kanal für die Kommunikation mit den Datenträgern in der elektronischen Schublade an.

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Ausstattung

Kryobiophysik & Kryotechnologie Nachwuchsgruppe »Kryo-Nanobio- technologie« des BMBF – Tieftemperatur-Lagersysteme (bis –196 °C) mit medizinischer Zulassung – Mikroverkapselungsanlage (Crystal- – modifizierte, programmierbare Ein- Gun-Prinzip) frier-Automaten für biologische, – »Freezing-Spin-Coater« für das materialwissenschaftliche und elek- Frieren ultradünner Schichten (Eigen- tronische Applikationen entwicklung) – zellbiologisches Labor – Infrarotlasersystem für das hoch- – modifizierte Forschungsmikroskope lokalisierte und hochdefinierte Erwär- – invertiertes Kryomikroskop (Eigenent- men dünner Schichten (geplant) wicklung, Peltier-basiert) – kombiniertes Reflexions-/Rasterkraft- Kryoforschungsbank mikroskop für Messungen biologischer Objekte in wässriger Umge- Erste Teilbereiche des Europäischen bung Zentrums für Kryo-Biotechnologie sind – Test-Equipment (digital/analog) für in Betrieb genommen. Tieftemperatur-Elektronik – Tieftemperatur-Messkammer für – Tieftemperaturlagersysteme Elektronik-/Materialtests (–130 bis –196 °C) mit medizinischer – Thermographiesystem (Temperatur- Zulassung messbereich –20 °C bis 250 °C) – programmierbare Einfrierautomaten – Mikropipettiersystem/Automatisie- – zellbiologisches Labor rungsplattform – Zellkulturmikroskop für Hellfeld, – »ChameleonLab«-basiertes Labor- Phasenkontrast und variablen Relief- management kontrast, sowie Fluoreszenz – Hochgeschwindigkeitskamerasystem – Hochsicherheitscontainer für Mikrotropfen-basiertes Einfrieren – Ultratiefkühltruhe mit Kohlendioxid- Notkühlung Kryoequipment – Fileserver mit RAID-System – Test- und Entwicklungsserver – computergesteuerte Einfrier-Auto- – Lagertank für 25 000 Liter Flüssig- maten (Eigenentwicklungen) stickstoff – Kryotank-Entnahmesysteme – Sterilwerkbank

– Probenhandling-Schleusensysteme – CO2-Inkubator – Kaltgasgeräte – Nanoplotter – Kryotransportbehälter (Eigenentwick- – Notstromaggregat 15kVA lungen) – Datenbankserver mit RAID-Systemen – 20-Kanal Kryo-Temperaturmess- und LTO-Bandlaufwerk systeme – Sauerstoffmangelüberwachung – Kryoroboter zum Probenhandling – Einbruchmeldeanlage

– LN2-Füllstands-Ultraschall-Mess- systeme

Jahresbericht 2005 91 05_051349frin_GFB 29.11.2005 14:46 Uhr Seite 92

Zelldifferenzierung & Zelltechnologie

Auswachsende Nerven- (grün) und Muskelzellen (rot) aus einem in der Zellkultur entstandenem länglichen organoiden Körper. Die Zellkerne wurden mit DAPI (blau) gegengefärbt.

Angebote, Ergebnisse und Produkte der Arbeitsgruppe

– Zelldifferenzierung & Zelltechnologie

Projektbeispiel: Langzeitkulturen pankreatischer Stamm-/ Progenitorzellen

Ausstattung

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Stammzellen gehören wegen ihres Organen zu ersetzen, d. h. defektes enormen Entwicklungspotenzials zu Gewebe zu regenerieren. Dies könnte den Hoffnungsträgern in der Medizin. von großer Bedeutung für die Behand- Insbesondere die autologen Zellthera- lung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen pien versprechen unkomplizierte aber auch zur Kompensation von Anwendungen bei einer Vielzahl von Autoimmunreaktionen werden. Die Erkrankungen, da die Zellen genau aus gegenwärtige öffentliche Debatte über dem Patienten stammen, dem sie auch die Situation der Stammzellenfor- wieder verabreicht werden. schung in Deutschland ist charakterisiert durch zwei Lager, das der Befür- Man unterscheidet embryonale und worter und der Gegner der embryona- adulte Stammzellen, d. h. die Quelle len Stammzellforschung und -nutzung, der Stammzellen ist einer der embryo- insbesondere, wenn es sich um huma- nalen Entwicklungszustände bzw. der ne Zellen handelt. Unter den Wissen- jugendliche oder adulte Organismus. schaftlern herrscht nahezu einheitlich Derartige Stammzellen sind weitge- die Auffassung, dass sowohl die hend oder vollständig undifferenziert embryonale als auch die adulte und können sich in eine bis mehrere Stammzellenforschung notwendig und Fraunhofer IBMT mit seiner externen oder alle der etwa 220 verschiedenen zu fördern sei, da man ansonsten im Arbeitsgruppe an der Universität zu Zelltypen des höheren Organismus ent- adulten Bereich nicht über die notwen- Lübeck. wickeln. In vitro lassen sie sich in Nähr- digen Vergleiche verfügt. Was die Nut- medien vermehren und bei Zugabe zung für therapeutische Zwecke von Wachstums- und Differenzierungs- betrifft, gehen die Meinungen ausein- faktoren zu unterschiedlichen Zellarten ander und müssen komplexe ethisch- Ansprechpartner differenzieren, z. B. zu Herzmuskel-, rechtliche Gesichtspunkte berücksich- Priv.-Doz. Dr. Charli Kruse Nerven- oder Bauchspeicheldrüsenzel- tigt werden. Das Klonen menschlicher Fraunhofer IBMT-Arbeitsgruppe len. Umfasst dieses Differenzierungs- Embryonalzellen ist nach dem Embryo- Zelldifferenzierung & Zelltechnologie potenzial eine Vielzahl von Zelltypen, nenschutzgesetz verboten. an der Universität zu Lübeck werden die Zellen als pluripotent Es steht außer Frage, dass ethisch- MFC / ICL bezeichnet. rechtliche Probleme weitgehend ver- Maria-Goeppert-Str. 1 mieden werden könnten, wenn die kli- 23562 Lübeck Die regenerative Medizin möchte diese nische Nutzung sich auf adulte Stamm- Telefon: +49 (0) 451/2903-210 Eigenschaften der Stammzellen nut- zellen beschränken könnte. Diesem Fax: +49 (0) 451/2901-213 zen, um zerstörte Zellen in kranken Feld gilt daher das Engagement des [email protected]

Jahresbericht 2005 93 05_051349frin_GFB 29.11.2005 14:46 Uhr Seite 94

Angebote, Ergebnisse und Produkte der Arbeitsgruppe

Zelldifferenzierung & Zelltechnologie

– Isolation und Differenzierung von humanen und tierischen adulten Ansprechpartner Stammzellen mit dem Ziel der Nutz- Priv.-Doz. Dr. Charli Kruse barmachung für die regenerative Fraunhofer IBMT-Arbeitsgruppe Medizin und Biotechnologie Zelldifferenzierung & Zelltechnologie – Primärzellisolate aus verschiedenen an der Universität zu Lübeck Spezies und verschiedenen exokrinen MFC / ICL Geweben Maria-Goeppert-Str. 1 – Klonierung von Zellen, Anlage von 23562 Lübeck Zelllinien Telefon: +49 (0) 451/2903-210 – Induktion von Gewebesystemen aus Fax: +49 (0) 451/2901-213 tierischen und humanen Zellisolaten [email protected] – Entwicklung von Stammzelldifferen- zierungsprozeduren – immunologische Charakterisierung von Zellen – Mikromanipulation von Zellen – Kursangebote zur Zellmanipulation – Zellkultivierungsaufgaben im Auftrag

Abbildung 1: Spontane Differenzierung von Stamm-/Progenitorzellen des exokrinen Pankreas in Zelltypen aller drei Keimblätter.

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Projektbeispiel: Langzeitkulturen pankreatischer Stamm-/Progenitorzellen

Zelldifferenzierung & Zelltechnologie

Stand der Forschung

Die Anzahl der Gewebe, in denen Stamm- bzw. Progenitorzellen gefun- den wurden, hat im vergangenen Jahr deutlich zugenommen, ebenso wie die Fähigkeiten, die diesen adulten Stammzellen zugesprochen werden. Nachdem die IBMT-Arbeitsgruppe Abbildung 2: (a) Gewebekörper, entstanden aus einem Einzelzellklon, der über mehrere Monate kultiviert wurde und kontinuierlich Zellen abgab, die wiederum »Zelldifferenzierung & Zelltechnologie« organoide Körper bildeten (b). an der Universität zu Lübeck die bis dahin zweite Untersuchung veröffentli- chen konnte, die die Differenzierung Bedingungen spontan gewebeähnliche nativ isoliert wird und weiter prolife- adulter Stammzellen in Zelltypen aller Zellansammlungen aus, die als »orga- riert (was für viele somatische Zellen drei Keimblätter belegte, erschienen in noide Gewebekörper« zu bezeichnen nicht möglich ist) unterschiedliche Zell- dem darauf folgendem Jahr mehrere sind. Fluoreszenzanalysen mittels mar- typen generiert werden. In der Arbeits- Arbeiten, die adulte Stammzellen mit kierter, hochspezifischer Moleküle, gruppe Zelldifferenzierung & Zelltech- keimbahnübergreifender Differenzie- hochauflösende elektronenmikroskopi- nologie wird seit mehr als zwei Jahren rung zeigten. Besonders auch Stamm- sche Schnitte sowie PCR-Analysen wie- (150 Passagen) kontinuierlich eine Zell- zellen aus dem Pankreas scheinen hier- sen darauf hin, dass sich Gewebetypen, linie in vitro gezüchtet, deren Vitalität bei an Bedeutung zu gewinnen, was wie man sie in Nerven, Muskeln, Knor- und Proliferationsfähigkeit sich nicht unter anderem zwei Publikationen in peln und der Haut findet, herausbil- verringert. Von dieser Zelllinie wurden »Nature Biotechnology« belegen (1. den. Das Besondere an diesen Zellen zu verschiedenen Zeiten (Passage 8 Seaberg RM, Smukler SR, Kieffer TJ, gegenüber anderen adulten Stamm- und Passage 78) Zellklone etabliert, die Enikolopov G, Asghar Z, Wheeler MB, zellkulturen ist ihre gute und stabile eine ähnlich hohe Proliferationsakti- Korbutt G, van der Kooy D.: »Clonal Kultivierbarkeit (eine Kultur befand vität aufweisen. Klone aus beiden Pas- identification of multipotent precursors sich zu Redaktionsschluss bereits in der sagen zeigten gleiche Charakteristika from adult mouse pancreas that gene- 150. Passage), ihre hervorragende wie die Mutterzellen. Sie differenzieren rate neural and pancreatic lineages.« Kryokonservierbarkeit ohne Einbuße spontan in verschiedene Zelltypen. Sie Nat Biotechnol. 2004; 22:1115-1124, der Differenzierungspotenz sowie ihre bilden organoide Gewebekörper, die 2. Bonner-Weir S, Weir GC.: »New spontane Differenzierung im hängen- die Differenzierungsfähigkeit verstär- sources of pancreatic beta-cells.« Nat den Tropfen bis hin zu »organoiden« ken und mehrere Millimeter groß wer- Biotechnol. 2005; 23:857-861). Gewebeformationen von mehreren den können. Einige dieser Gewebekör- Millimetern Größe, in denen sich Zell- per sind seit mehreren Monaten in Neben der Differenzierung von bis typen aller drei Keimblätter und struk- Kultur und generieren ununterbrochen dahin »ruhenden« Stammzellen schei- turierte Gewebebereiche finden, was Einzelzellen, die z. T. wieder neue nen aber auch Prozesse der Dedifferen- als Pluripotenz zu bezeichnen ist (siehe Gewebekörper bilden (siehe Abbil- zierung und Redifferenzierung für die Abbildung 1). dung 2). hohe Plastizität adulter Zellen mitver- antwortlich zu sein. Aus den bisheri- Langzeitkulturen und klonale Es wird aber auch deutlich, dass die gen Ergebnissen wird deutlich, dass Analysen Klone späterer Passagen deutlich auch bei den Stammzellisolaten aus geringer spontan in verschiedene Zell- dem exokrinen Pankreas beide Prozes- Zwei der entscheidenden Kriterien für typen differenzieren. Sie scheinen nach se auftreten und von Bedeutung sind. Stammzellen sind neben der Differen- den bisherigen Untersuchungen in zierungsfähigkeit ihre lange Kultivier- einem frühen Differenzierungsstadium Stamm-/Progenitorzellen aus barkeit und die Fähigkeit der Differen- arretiert zu sein und sich ohne Stimula- exokrinen Drüsen zierung aus einem Zellklon heraus. Das tion von außen nur noch zu einem bedeutet, dass aus einer Einzelzelle die geringen Prozentsatz von selbst zu dif- Die aus Ratten-, Mäusen-, menschli- ferenzieren. chen, aber auch anderen Vertebraten- Von besonderem Interesse ist, dass die Geweben isolierten Zellen werden seit Zellkulturen »dreidimensionale Gewe- 1 mehr als 2 /2 Jahren im Labor gezüch- bekörper« ausbilden, was eigentlich tet und bilden unter besonderen typisch für embryonale Stammzellkul-

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turen ist. Diese Gewebekörper ihrer- seits konnten wieder in stabile, sich selbst vermehrende Differenzierungs- kulturen überführt werden (siehe Abbildung 3).

Bemerkenswert ist, dass diese Gewe- beschichtungen in den Kulturschalen

Abbildung 3: Aus Mauszellen über spontane Differenzierung sich entwickelnder hautartiger Gewebekörper in einer über Monate weiter wachsen und Kulturschale (a) mit auswachsenden Zellen (b) und im gefärbten Gewebeschnitt (c). Gewebekomposite von einigen Milli- metern Größe hervorbringen, in denen sich Zellen und Zellformationen mit Eigenschaften des Meso-, Ekto- und Endoderms finden.

Bewertung der Ergebnisse

Die Erkenntnis, dass Stamm-/Progeni- torzellen aus exokrinen Drüsen über derartige Eigenschaften verfügen, ist für die Stammzellenforschung von enormer Bedeutung, da offensichtlich auch im adulten Stammzellbereich sehr differenzierungsfreudige und pluripo- tente Zelltypen gewonnen und kultiviert werden können. Für eine spätere Nutzung spielt es eine untergeordnete Rolle, ob es sich dabei um einen Stammzelltyp oder ein Gemisch verschiedener Precursor-Zellen handelt, oder ob sie aus ruhenden Stammzellen bzw. durch Dedifferenzierung aus somatischen Zellen hervorgehen, was beides gerade geprüft wird. Entschei- Abbildung 4: Gewinnung und Kultivierung der exokrinen Stamm-/Progenitorzellen und sich dend ist, dass man in viele Zelltypen daraus ergebende neue Möglichkeiten für das Tissue Enginieering (hellblaue Pfeile). aller drei Keimblätter differenzieren kann. Man ist der Vision, von vielen Tieren, aber auch dem Menschen ein expandierbares Stammzelldepot ausrei- chender Größe für eine spätere land- wirtschaftliche, biotechnologische bzw. individuell-medizinische Nutzung anlegen zu können, einen großen Schritt näher gekommen. Auch für das Tissue Engineering stehen damit neue, adulte Stammzellkulturen und -linien ver- schiedenster Herkunft zur Verfügung. Wie in Abbildung 4 veranschaulicht, kann man gerade hierfür die verschiedenen Kultivierungsmöglichkeiten dieser Zellen nutzen.

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Ausstattung

Potenzial Zelldifferenzierung & Zelltechnologie Auf Grund der hohen Brisanz der Ergebnisse sind nach deren Bekannt- – Grundausrüstung zur Isolation und werden viele Kooperationen mit Part- Anlage von beliebigen In-vitro- nern aus Deutschland und dem Kulturen europäischen Ausland geknüpft wor- – Differenzierung und Analyse adulter den. Dabei geht es darum, die Mög- Stammzellen lichkeiten, die diese neue Stammzell- – Mikroinjektionstechnik quelle bietet, konkreter auszuloten und – Mikrodissektionstechnik ihre Nutzung in Medizin, Biotechnolo- – Geräte zur Einzelzellcharakterisierung gie und Landwirtschaft zu überprüfen. und Isolation Zu den Partnern gehören Arbeitsgrup- pen aus der Grundlagenforschung, der klinischen Forschung und verschiedene Industriepartner. Die IBMT-Arbeitsgrup- pe ist in Anbetracht des hohen bio- technologisch-medizinischen Potenzials der Ergebnisse in das Integrierte Pro- jekt der Europäischen Union »Cell- PROM« einbezogen worden, dessen Ziel die definierte oberflächenbasierte Induktion der Differenzierung von Zel- len ist, wofür bereits verschiedene Untersuchungen durchgeführt und erste positive Ergebnisse im Jahr 2005 generiert werden konnten. Die Bundesrepublik Deutschland besitzt nach wie vor das Potenzial eine Schlüsselposition in der Stammzellen- forschung und der Ablage von Stamm- zellen einzunehmen. Es gilt diesen Vor- sprung zu nutzen und durch gleichzei- tige Verstärkung der Grundlagen- und Anwendungsforschung auszubauen.

Ansprechpartner

Priv.-Doz. Dr. Charli Kruse Fraunhofer IBMT-Arbeitsgruppe Zelldifferenzierung & Zelltechnologie an der Universität zu Lübeck MFC / ICL Maria-Goeppert-Str. 1 23562 Lübeck Telefon: +49 (0) 451/2903-210 Fax: +49 (0) 451/2901-213 [email protected]

Jahresbericht 2005 97 05_051349frin_GFB 29.11.2005 14:46 Uhr Seite 98

Ultraschall

Erfassung der Zellteilung von HELA-Zellen mittels zeitgeraffter akustischer Mikroskopie. Studie über einen Zeitraum von 2 Stunden. Es handelt sich um die ersten Zeitraffer- aufnahmen mittels Ultraschallmikroskopie. Das Ultraschallmikroskop schließt damit in Ergänzung zur Licht- und AFM-Mikroskopie auf. Abgebildet werden hell und dunkel die mechanischen Eigenschaften (Plastizität/Elastizität) und nicht die optischen Unterschiede.

Angebote, Ergebnisse und Produkte der Arbeitsgruppen

– Ultraschall-Systementwicklung – Biomedizinische Ultraschallforschung – Piezosysteme & Entwicklung – Sensorfertigung

Projektbeispiel: SonoPilot®-thermo – Ein integriertes System zur Navigation und Kontrolle thermischer Therapien mittels Ultraschall

Ausstattung

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Der Nutzen und Wert einer Technolo- Anwendungen. So können durch eine gie wird durch die Bandbreite und Skalierung der Frequenz kleinste Struk- Anzahl der möglichen Anwendungen turen wie einzelne biologische Zellen bestimmt. Dabei gilt: Je einfacher das im Submikrometerbereich abgebildet Grundprinzip, desto erfolgreicher die und charakterisiert werden, geringste Technologie. Der Einsatz mechanischer Probenmengen analysiert sowie Pro- Wellen im nichthörbaren Bereich – ben und Partikel bis in den Nanometer- Ultraschall – ist dafür ein überzeugen- bereich schonend manipuliert werden. des Beispiel. Durch eine Skalierung der Leistung können in der chemischen und bio- Im ausgehenden 19. Jahrhundert ent- technologischen Prozesstechnik durch deckt, dauerte es, bedingt durch die Einbringen von Ultraschall Prozesse benötigte, aber erst später entwickelte beeinflusst und beschleunigt werden echtzeitfähige elektronische Signalver- und in der Medizin Krankheiten thera- arbeitung eine Weile, bis die Technolo- peutisch behandelt werden. Ein Trend gie zur heutigen Bedeutung reifte. für alle Anwendungen ist dabei der Nach ersten, heutzutage gut etablier- Einsatz immer höher integrierter, feiner ten Anwendungen als Sonar zur auflösenderer Systeme und die Kombi- bis hin zur zertifizierten Produktent- Ortung von Schiffen und Minen und nation unterschiedlicher sich ergänzen- wicklung und Evaluierung. Die Kompe- zur Charakterisierung von Werkstoffen der Technologien. So kann beispiels- tenzen der Arbeitsgruppen erlauben und Bauteilen im industriellen Bereich, weise zum schonenden Handling ein- eine In-House-Entwicklung aller einzel- dient Ultraschall seit über 50 Jahren zelner Zellen in Lab-On-Chip-Systemen nen Systemkomponenten vom Trans- zur mittlerweile am häufigsten verwen- eine Kombination aus dielektrophore- ducer über elektronische Systemkom- deten Bildgebungsmodalität für die tischer und Ultraschall-Krafterzeugung ponenten und Verfahren bis hin zur medizinische Diagnostik. Routineunter- verwendet werden. Im Bereich mole- Sensorfertigung. suchungen in verschiedensten medizi- kulare Bildgebung werden Kombina- nischen Gebieten, insbesondere der tionssysteme aus optischer Anregung, pränatalen Diagnostik, werden erst akustischer Detektion und molekular- durch die Nichtinvasivität und die biologisch aktivierter mikro- und nano- geringen Kosten dieser Technologie skaliger Kontrastmittel untersucht. ermöglicht. Neben diesen Eigenschaf- Ansprechpartner - ten sorgt die Robustheit und Skalier- Die Abteilung Ultraschall bietet als Stellvertr.: Dr. Robert Lemor barkeit dieser Technologie für ein bis größte Abteilung des Fraunhofer IBMT Telefon: +49 (0) 6894/980-225 heute ständig steigendes Spektrum an mit über 35 Mitarbeitern und 18-jähri- [email protected] ger Erfahrung in vier Arbeitsgruppen die gesamte Kompetenz zur Lösung von medizinischen, biotechnologischen und technischen Aufgabenstellungen im Bereich Ultraschalltechnologie. Das Entwicklungsangebot reicht von Bera- tung und Machbarkeitsstudien über Labormuster und Prototypentwicklung

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Angebote, Ergebnisse und Produkte der Arbeitsgruppen

Ultraschall- Biomedizinische Ultraschall- Systementwicklung forschung

– Entwicklung von Hardware und Soft- – Durchführung von applikations- warekomponenten für die Kommuni- spezifischer Ultraschallforschung und kationselektronik und Ultraschall- Entwicklung technik – Materialcharakterisierung, Signalver- – Hardwareentwicklung von bild- arbeitung und Parameterextraktion gebenden Ultraschallsystemen für – akustische Mikroskopie, hochfre- medizinische und technische Anwen- quenter Ultraschall 50 MHz – 2 GHz, dungen, Digital Phased Array- Einzelzell- und Gewebecharakteri- Technologie sierung – Entwicklung von Systemen zur – Rekonstruktion, Bildverarbeitung und Durchflussmessung von Flüssigkei- Visualisierung, Computertomogra- ten, Gasen und Mehrphasenmedien phie (2-D, 3-D) (Speckle-Tracker, Laufzeitdifferenz, – akustische Bildsysteme, Software- Doppler) entwicklung von bildgebenden Ultra- – Systeme zur Charakterisierung von schallsystemen für medizinische Strömungsprofilen Anwendungen – Systeme zur Abstands- und Pegel- – Entwicklung von Systemen zur messung (Clamp-On, integriert, Navigation und Therapiekontrolle, berührungslos) minimalinvasive Medizin – Ultraschall-Sensorsysteme für die – Doppler-Monitore (Blutströmungs- Prozess-Überwachung und -Steue- überwachungssysteme, Fluss- und rung (Wasser-, Abwasser-, Wärme- Volumenflussmessung) zähler, Partikeldetektion und -analyse – Manipulationssysteme, Zell-Handling im µm-Bereich, Ultraschall-Resonanz- Systeme Spektrometer zur Größenbestim- – molekulare Bildgebung, Kontrast- mung von Mikroblasen) mittel, photoakustische Bildgebung – Ultraschall-Therapiesysteme (energiereicher Ultraschall)

Ansprechpartner Dipl.-Ing. Peter Weber Telefon: +49 (0) 6894/980-227 Ansprechpartner [email protected] Dr. Robert Lemor Telefon: +49 (0) 6894/980-225 [email protected]

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Piezosysteme Sensorfertigung & Entwicklung

– Durchführung von Machbarkeits- – Entwicklung von Fertigungstechnik und Konzeptionsstudien für Ultra- für Ultraschall-Sensoren schall-Sensoren und -Systeme – Fertigungstechnik für Low-Cost- – Spezifizierung, Entwicklung und Ultraschall-Einzelelement-Wandler Prototypenherstellung von Low-Cost- für die Einsatzgebiete Festkörper, bis High-End-Sensoren (hohe Band- Flüssigkeiten und gasförmige Medien breite, hohe Mittenfrequenz, Minia- – Entwicklung von Fertigungstechnolo- turisierung) gien für Ultraschall-Sensoren für den – Entwicklung von benetzenden und Hochtemperatur-Bereich trocken angekoppelten Ultraschall- – Fertigungstechnik für ein- und zwei- Wandlern für den Low-Cost- und dimensionale Transducer-Arrays für den High-End-Bereich medizinische und technische Anwen- – Entwicklung von Ultraschall-Wand- dungen lern für die Durchflussmessung und – Herstellung von Piezo-Composite- Clamp-On-Ultraschall-Wandlern Materialien (Standard, »Full- – Durchführung von elektromechani- Custom«-spezifiziert) schen Messungen und Entwicklung – Null- und Kleinserienfertigung von von Messtechnik für Luftschall- Ultraschall-Sensoren, insbesondere Sensoren für den industriellen Anwendungs- – Spezifizierung, Entwicklung und Pro- bereich (Prozesssensorik) totypenherstellung von Ultraschall- Arrays (linear, phased, 2-D-, flüssige, feste und gasförmige Medien) – piezoelektrische Messtechnik Ansprechpartner – Auslegung und Realisierung von Dr. Frank Tiefensee Piezoaktoren und Systemen Telefon: +49 (0) 6897/9071-70 – aktive und passive Schwingungs- [email protected] dämpfung mit piezoelektrischen Komponenten – Entwicklung von Leistungsschall- Systemen

Ansprechpartner Dipl.-Ing. Christian Degel Telefon: +49 (0) 6894/980-221 [email protected]

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Projektbeispiel: SonoPilot®-thermo – Ein integriertes System zur Navigation und Kontrolle thermischer Therapien mittels Ultraschall

Biomedizinische Ultraschallforschung

Ausgangssituation Lösung

Bei der Behandlung von Tumoren und Nach der Bestimmung relevanter akus- Metastasen werden neben der mode- tischer Parameter (Schallgeschwindig- raten Hyperthermie auch minimalinva- keit, akustische Impedanz, frequenzab- sive, thermotherapeutische Verfahren hängige Dämpfung), wurden am als Alternativen zur chirurgischen Fraunhofer IBMT Verfahren zur Visuali- Resektion und/oder zur Unterstützung sierung und Kontrolle der thermischen der Radio- und Chemotherapie ange- Ablationszone mittels Ultraschall-Bild- wandt, bei denen das Gewebe lokal gebung entwickelt und evaluiert. Auf- begrenzt zur gezielten Zerstörung bauend auf den Ergebnissen der durch Koagulation auf Temperaturen Labormessungen und Tierstudien bis zu 100 °C erhitzt wird. Dabei zei- wurde ein ultraschallbasiertes Gesamt- gen besonders die interstitiellen Tech- system spezifiziert, mit dem eine niken bei der Behandlung von Leber- Unterstützung des Arztes bei der metastasen und Prostataerkrankungen Durchführung der Therapie gewähr- vielversprechende Ergebnisse, jedoch leistet wird. steht derzeit neben der Magnetreso- nanztomographie kein kostengünsti- Das SonoPilot®-thermo System besteht Abbildung 1: Darstellung der thermischen Ablations- ges, routinemäßig einsetzbares Verfah- aus speziell für diese Anwendung ent- zone mittels akustischer Bildgebung. ren zur nichtinvasiven On-Line-Thera- wickelten Ultraschall-Beamformer piekontrolle zur Verfügung, so dass (DiPHAS, Fraunhofer IBMT) und einem diese Eingriffe meist »blind«, auf ana- optischen Positionssensor, die durch tomische Normwerte und praktische ein Computersystem zu einem Frei- Erfahrungen des Arztes gestützt, hand-3-D-Ultraschallsystem verbunden durchgeführt werden. werden. Das System erlaubt frei programmierbare Sendepulsformen und Aufgabe Fokussierungseigenschaften für jede Ultraschalllinie und die Aufnahme der Zur Verbesserung der Therapieergeb- unverarbeiteten Ultraschall-Rohsignale nisse und der Patientensicherheit ist zur weiteren Signalverarbeitung. Ein eine präzise Platzierung der Wärmeap- speziell für die Anwendung entwickel- plikatoren im Gewebe und eine direkte tes Softwarekonzept stellt Module für On-Line-Kontrolle der Therapiewirkung alle Therapiestufen zur Verfügung und erforderlich. Der Einsatz von intraope- führt den Anwender in einzelnen rativem Ultraschall als nichtinvasives Schritten durch die gesamte Therapie. Verfahren zur Bildgebung erlaubt eine kostengünstige Lösung zur Unterstüt- zung des Arztes bei der Durchführung der Therapie. Herkömmliche Ultra- schallgeräte sind jedoch für die reine Diagnostik ausgelegt und erlauben mittels Grauwert- oder Farbdoppler- Bildgebung keine Kontrolle des Ver- laufs der thermischen Ablation. Das Ziel des Projektes war es daher, speziel- le Bildgebungsmodi für die Therapie- Abbildung 2: SonoPilot®-thermo. kontrolle zu entwicklen und in ein Gesamtsystem zu integrieren.

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Ergebnisse

Das System wurde unter In-vitro- und In-vivo-Bedingungen getestet. Am Tiermodell (Schwein) wurde eine Radiofrequenzablation mittels bipola- rer HF-Applikatoren im multipolaren Betrieb durchgeführt. Die thermische Therapie wurde mit 30 Watt über einen Zeitraum von 20 min. in der Leber vollzogen. Vor, während und nach der Behandlung wurden Frei- hand-3-D-Ultraschalldatensätze aufgenommen. Zur Vermeidung von Bewe- gungsartefakten wurde die Beatmung der Tiere während der 15–20 sec. dau- ernden Aufnahme kontrolliert. Jede Linie der akustischen Datensätze Abbildung 3: Grafische Benutzeroberfläche zur Navigation der Punktion. wurde mit einer vier-Puls-Anregung mit schmalbandigen Bursts der Fre- quenzen 2,25 MHz, 3,5 MHz, 5 MHz und 6 MHz erzeugt. Jedes Datenvolu- men beeinhaltet ca. 200 Bilder mit jeweils 4*96 Scanlinien pro Bild bei einer Volumenauflösung von 128*128*256 Voxel. Durch die Bestimmung der lokalen frequenzab- hängigen Dämpfung in jedem Daten- satz und dem Vergleich zwischen zeitlich aufeinanderfolgenden Datensätzen wird die Veränderung der Dämpfungs- eigenschaften über die Behandlungs- zeit registriert. Zum Vergleich zeitlich aufeinanderfolgender Datensätze werden diese unter Ausnutzung der Positi- ons- und Richtungsangaben der einzelnen Applikatoren als Landmarken geo- Abbildung 4: Grafische Benutzeroberfläche zur 3-D-Visualisierung und Kontrolle metrisch miteinander registriert. Die der thermischen Ablation. Betrachtung der Veränderung der Dämpfung erlaubt die Darstellung der thermisch bedingten Gewebeverände- rung. Eine starke Veränderung der Dämpfungseigenschaften korreliert mit der Koagulation des Gewebes. Nach der Therapie wurde die Leber entfernt, fixiert und die Läsionen später optisch vermessen. Die Ergebnisse zeigen eine Abweichung der akustisch und optisch gemessenenen Läsionsvolumina im Bereich von 10%.

Abbildung 5: Akustisch gemessene Zerstörung des Gewebes um den thermischen Applikator (blau).

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Ausstattung

Potenzial Ultraschall

Das SonoPilot®-thermo-System erlaubt – vollparametrische 3-D-CAD-Systeme dem Anwender eine einfache und prä- (Pro/Engineer) zise Positionierung der Applikatoren – Bauteilvorbereitung: Innenloch-Dia- unter Echtzeit-Ultraschall Kontrolle. Die mantkreissäge zum Direktschneiden Abweichungen zwischen optisch und von Präzisionsbauteilen, Vakuum- akustisch gemessenen Läsionsvolumina rührgerät zu Vergusszwecken, liegen innerhalb der benötigten Läppmaschine Genauigkeit zur Therapiekontrolle. Das – Messtechnik: Pygnometer, 3-D- System befindet sich momentan in der Schallfeld-Scanner, Impedanzmess- CE-Zertifizierung. platz – DSP- und Microcontroller Entwick- lungsumgebung (Microchip, Motorola) Ansprechpartner – FPGA-Entwicklungsumgebung – computerunterstützte Entwicklungs- Dr. Robert Lemor umgebung für Elektronikboards Telefon: +49 (0) 6894/980-225 (ORCAD) [email protected] – Bestückungstechnik: SMD-Feinpitch- bestückung – Verbindungstechnik Elektronik: Klinischer Partner Mikrolötstation, Schwall-Lötanlage, Reflow-Lötanlage OA Dr. med. Joerg-Peter Ritz, – Verbindungstechnik Sensortechnik: Dr. med. Kai Lehmann Lateral-Move-Klebesandwicher, Chirurgische Klinik und Poliklinik I Löt- und Bondtechnologie Allgemein-, Gefäß- und Thoraxchirurgie – SPS-Entwicklungsplatz (Siemens S 6) Charité – Universitätsmedizin Berlin – Spezialmesssoftware für den Campus Benjamin Franklin Entwicklungsbereich, Rauheits- Freie Universität Berlin und messplatz Humboldt-Universität zu Berlin – Kryostatmessplatz für Sensor- Hindenburgdamm 30 charakterisierung und Zero-Flow- 12200 Berlin Messungen – Laserinterferometermessplatz – Ultraschalluniversalmessplatz für industrielle Anwendungen (Beton, Stahl, Kunstoffe)

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– 8 Kanal-Laufzeitdifferenz-Mess- Sensorfertigung – konventionelle Bohr-Fräs-Drehma- system für Luftschallanwendungen schinen (inkl. Rundschleifeinrichtung) – Single Element, Phased- und Linear- – Fertigungsanlage für Ultraschall- – Bandsägevollautomat, Sägebereich Array-Ultraschall-Systeme Sensoren in kleiner und mittlerer 200 x 200 mm, Ablänggenauigkeit – Luftschall-Sensorik (3-D-Oberflächen- Stückzahl +–0,1 mm Scanner, Volumenbestimmung und – CNC-Flachbettschleifmaschine – Sandstrahlanlagen Positionsdetektoren) (Ziersch & Baltrusch) – Gewindeschneidautomat – Doppler-Systeme – Präzisionsläpp- und Poliermaschinen – Motortafelschere – Durchflussmesstechnik: Labormess- (Wolters) – Prüfstand für statische und dynami- stände für Durchflüsse (Speckle – CNC-Universalfräsmaschine sche Druckbelastbarkeit Tracking, Laufzeitdifferenz; flüssig: (Mikron UM 600); Arbeitsbereich – Präzisionsdosieranlagen 7 m/s, DN 50/100/200; Gas: variabel (AB): 600 x 500 x 450 mm – 5-Becken-Ultraschall-Reinigungs- bis 30 m/s, DN 200) – CNC-Werkzeugfräsmaschine (Korradi anlage – Phased Array- und Linear Array- UW 10 CNC); – Plasma-Reinigungsanlage Ultraschall-Entwicklungssysteme AB: 500 x 300 x 400 mm – Strahlungsdruckwaage – Entwicklungssystem für industrielle – CNC-Drehzentrum (Weiler DZ 32 – Schallfeldvermessungsplatz Bildverarbeitung (Lage, Position, CNC); Drehdurchmesser 100 mm, – Impedanzvermessungsplatz OCR, Patternmatching) Drehlänge 150 m, angetriebene – Insertion-Loss-Messplatz – Ultraschall-Sensorsysteme für die Werkzeuge – Klimakammermessplatz Therapie-Kontrolle (minimalinvasive – CNC-Universaldrehmaschine (Rael – Zero-Flow-Messplatz Chirurgie, laserinduzierte Thermo- Meka RT 5, zyklengesteuert); Quer- – Temperaturschock-Messplatz therapie) verstellung 200 mm, Längsverstel- – 3-Achsen-Messmikroskop inkl. – Ultraschall-Navigationssystem- lung 600 mm, angetriebene Werk- Bildarchivierung und -verarbeitung Entwicklungsplattform – SonoPilot® zeuge – akustische Mikroskop-Systeme – Drehmaschine Colchester Master – Rasterkraftmikroskop VS 3250, Drehdurchmesser 1 – 300 mm, Drehlänge 650mm – CNC-Hochpräzisions Trenn- und Profilschleifmaschine (Berney T38-4 CNC), AB 160 x 220 x 120 mm, NC Rundtisch 360°, Schnittbreite min. ca. 20 µm – CNC-Diamantkreissägen (Disco DAD 321) – CNC-Mikro Bohr-Fräs-Schleifma- schine (Kern), AB 220x160x200 mm, schwenkbarer NC-Rundtisch, fünfachsig – CNC-Laserschneid-Schweißeinrich- tung (Haas), YAG-Laser mit variabler Optik, Schnittbreite 60–200 µm, Schneiden von Keramik, Metallen, Hohlkörpern und Blechen, Material- stärke 5 µm – 2mm

Jahresbericht 2005 105 05_051349frin_GFB 29.11.2005 14:46 Uhr Seite 106

Medizin-Telematik

Apotheken Disease- Integrierte Manage- Home- Reha- Versorgung ment Care Zentren

en Kom ng m u u d n n i ik b a n t i a o

Pflege- Medizin- n Kranken-

dienste i häuser

t Telematik

b a

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m e o n K

Post- Ärztenetze Hausärzte Spezialisten stationäres Monitoring Patienten

Übersichtsgrafik der Akteure im Bereich Gesundheitstelematik.

Angebote, Ergebnisse und Produkte der Arbeitsgruppen

– Medizinische Netze – Home Care

Projektbeispiel: Die Home Care- und Telemedizinplattform TOPCARE – Telematiktechnologie des IBMT hilft Malariapatienten in Südamerika

Ausstattung

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Die elektronische Kommunikation und ten und realisiert sie für die nationale Dokumentation durchdringt immer und internationale Anwendung. Beide mehr die gesamte Lebenswirklichkeit Bereiche liefern den Autraggebern in der Menschen. Sie entwickelt sich ihren Arbeitsgebieten Ergebnisse, die dabei zunehmend zu einer neuen, von von Studien bis zu produktnahen und uns allen noch in ihrer Gänze zu ver- in der Praxis getesteten Systemen rei- stehenden Kulturtechnik. Sie wird sich chen. Für die Zukunft wird die Umge- allerdings nur dann und nur dort eta- staltung des deutschen Gesundheits- blieren können, wo sie einen signifi- wesens und die Harmonisierung auf kanten Vorteil für die Beteiligten ent- europäischer Ebene für die Medizinte- faltet. Auch in der Medizin werden lematik noch eine Vielzahl von Aufga- zunehmend Techniken der digitalen ben bereithalten. Vernetzung eingesetzt. Die mit ihr erreichbaren Vorteile sind in vielen Fäl- len evident. Das medizinische Potenzial der Kombination von Telekommunika- tion und Informatik (Telematik) ist im Fraunhofer IBMT schon vor einem Jahr- zehnt erkannt und genutzt worden, indem eine eigene Einheit »Medizinte- lematik« gegründet wurde. Im Laufe der Jahre und durch die Erfahrungen der praktischen Arbeiten haben sich zwei Schwerpunkte entwickelt. Der eine behandelt die Spezifika der Kom- munikation zwischen sogenannten »Health Professionals«, also Ärzten, Zahnärzten, Apothekern und anderen »Gesundheitsdienstleistern« wie Heb- ammen usw. Der andere erarbeitet Ansprechpartner technische und nichttechnische Vor- Dipl.-Phys. Bertram Bresser aussetzungen für eine telematische Telefon: +49 (0) 6894/980-206 Plattform zur Einbeziehung der Patien- [email protected]

Jahresbericht 2005 107 05_051349frin_GFB 29.11.2005 14:46 Uhr Seite 108

Angebote, Ergebnisse und Produkte der Arbeitsgruppe

Medizin-Telematik

– Vernetzung von Dienstleistungen und Dienstleistern des Gesundheits- wesens – elektronische patientenbegleitende Dokumentation – elektronische Fall-Patientenakte – Einbindung von Praxis- und Klinik- Informationssystemen, Hausbasis- stationen, medizinischen Geräten in medizinische Kommunikationsnetz- werke – medizinische Standards (DICOM 3.0, HL7, xDT, ICD10, XML, CDA, etc.) – XML-basierende Gateways zwischen medizinischen Standards – Geronto-Sensorik – Telematiksysteme für häusliche Versorgung von Patienten, Älteren und behinderten Menschen – telematisches Vitalmonitoring im Hausbereich – Home-Care – Home-Teleservice – Telemedizinlösungen – Biomedizinische Datenintegration – Informationssysteme für Biobanken

Ansprechpartner Medizinische Netze Dr. Volker Paul Telefon: +49 (0) 6894/980-300 [email protected]

Ansprechpartner Home Care Dipl.-Inform. Stephan Kiefer Telefon: +49 (0) 6894/980-156 [email protected]

108 Jahresbericht 2005 05_051349frin_GFB 29.11.2005 14:46 Uhr Seite 109

Projektbeispiel: Die Home Care- und Telemedizinplattform TOPCARE – Telematiktechnologie des IBMT hilft Malariapatienten in Südamerika

Medizin-Telematik

Ausgangssituation

Infektionskrankheiten sind weltweit auf dem Vormarsch. In den Entwick- lungsländern verursachen sie fast die Hälfte aller Todesfälle. Betroffen sind dort vor allem Bevölkerungsgruppen, die nur unzureichenden Zugang zu den begrenzten Ressourcen der öffent- lichen Gesundheitssysteme haben. Damit wird eine rechtzeitige Diagnose

und adäquate Therapie dieser Krank- Abbildung 1 und 2: Außenbezirke der kolumbianischen Hafenstadt Buenaventura an der tropischen Pazifikküste des heiten behindert. Priorität bei der glo- Landes, einem Gebiet mit hoher Malariainzidenz. Die Diagnose der Erkrankung erfolgt durch Untersuchung eines balen Bekämpfung von Infektions- Blutausstrichs unter dem Mikroskop, in dem Parasitentyp und Stadium der Erkrankung festgestellt werden können. krankheiten haben Malaria, Tuberkulo- se und Aids, die für die Hälfte der Todesfälle verantwortlich sind. In Ent- der Pazifikküste und im Landesinnern ten mit einer Verdachtsdiagnose zum wicklungsländern behindern gerade werden dazu ambulante Krankensta- Patienten ausfüllen, die dann vom diese Krankheiten die sozioökonomi- tionen und einfache Krankenhäuser Experten bestätigt oder korrigiert wird. sche Entwicklung ganzer Regionen mit Expertenzentren und Universitäts- In einem abgestuften Kommunika- infolge mangelnder Gesundheitsver- kliniken in den Großstädten Bogotá tionskonzept werden die Anfragen sorgung, unzureichender Vorbeu- und Cali vernetzt. Die technische abhängig von der Dringlichkeit beant- gungsmaßnahmen und inadäquater Grundlage hierfür bildet die vom IBMT wortet. Durch Videobefundungsdiens- Überwachungsstrukturen zur Eindäm- gemeinsam mit Partnern entwickelte te können die Vor-Ort-Versorger in mung von Epidemien. Sie tragen somit Home Care- und Telemedizin-System- dringenden Fälle im direkten Gespräch zur Armut bei. An Kolumbiens unter- lösung TOPCARE. Mit ihrer Hilfe wer- mit dem Experten gemeinsam Mikros- entwickelter tropischer Pazifikküste den an den Universitätskliniken tele- kopiebilder bewerten und die weitere etwa, wo eine schwarze Minderheit medizinische Befundungs- und Konsul- Therapie abstimmen. von nur 2% der Gesamtbevölkerung tationsdienste für die endemischen Mit Einführung dieser Telemedizindiens- lebt, treten 30% aller Malariafälle des Regionen eingeführt, die Mikroskopie- te erhalten die Menschen in der Ziel- Landes auf, dabei vor allem die schwe- bilder und andere diagnostische Daten region Zugang zu hoch qualifizierten re Form der Malaria, die Malaria und Anfragen bewerten, welche ihnen Gesundheitsressourcen in den Groß- tropica. Der strukturschwachen und von Ärzten und medizinischem Perso- städten zur Gewährleistung ihrer bes- schlecht zugängigen Region fehlt es an nal vor Ort zur Befundung zugeschickt seren Versorgung vor Ort. Das Personal Ärzten und medizinischen Einrichtun- werden. Im Wesentlichen werden vor Ort wird durch die Fernberatung in gen. Erschwert wird die Situation dabei Fragestellungen zur Diagnose der Behandlung von Infektionskrank- durch hochgradige Resistenzen der und Therapie bei Patienten mit schwer- heiten geschult. Umgekehrt entsteht in Malariaerreger gegen Standard- wiegendem Krankheitsverlauf geklärt, den Expertenzentren eine Datenbasis medikamente. die vor Ort aufgrund mangelnder über die Situation in den Malariagebie- Expertise nur unzureichend beantwor- ten, die wertvolle Informationen für Versorgungsverbesserung durch tet werden können. Zur Diagnose und die Weiterentwicklung der Primärver- Telemedizin Behandlung nach Evidenzkriterien sorgung vor Ort und für Interventions- müssen anfragende Erstversorger konzepte bei Epidemien liefert. Sind In einem von der Europäischen Kom- einen standardisierten Fallberichtsbo- die Telemedizindienste einmal imple- mission geförderten Demonstrations- gen für tropische Infektionskrankhei- mentiert, so lassen sie sich leicht auf projekt in Lateinamerika zum Potenzial weitere relevante Krankheitsbilder in der Telemedizin mit Namen T@lemed der Primärversorgung der Zielregion wird unter der Federführung des erweitern. Eine medizinische Begleit- Fraunhofer IBMT erstmalig ein Teleme- studie zum Projekt wird klären, in wie dizinansatz zur Verbesserung der Dia- weit sich diese Erwartungen erfüllen. gnose und Therapie von Malaria in unterversorgten Regionen Kolumbiens implementiert. In Malariagebieten an

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Abbildung 3 und 4. TOPCARE-Kiosk für Infektions- krankheiten. Die Skizze zeigt die medizinischen Geräte und Systeme, die speziell für die Diagnostik von Infekti- onskrankheiten am Kiosk betrieben werden können. Die zwei Bildschirmmasken des Kiosks geben einen Ein- druck vom leicht verständlichen Bedieninterface, das auch mit Touchscreen benutzt werden kann.

Die Home Care- und Telemedizin- plattform TOPCARE

Die TOPCARE-Plattform ist eine modulare und sichere Systemlösung für Tele- medizin- und Home Care-Anwendun- gen. Die zunächst für die telematische Therapiekontrolle von chronisch Kran- ken und Überwachung von Risikopa- tienten im häuslichen Umfeld konzi- Abbildung 5 und 6. Blick auf das für den Experten konzipierte Bedieninterface des TOPCARE Telemedizin-Servers. pierte IT-Plattform wurde im Rahmen des Projektes T@lemed für telemedizinische Szenarien erweitert. Als Internet- Anwendung kommuniziert die TOP- CARE-Plattform medizinische Daten vertraulich und sicher zwischen Patien- ten und ihren Ärzten sowie zwischen Gesundheitseinrichtungen und Teleme- dizinzentren. Das Rückgrat der TOP- CARE-Plattform bildet der TOPCARE- Server, der medizinische Daten der Patienten von Telemonitoring- und Kiosksystemen entgegennimmt und in einer Krankenakte speichert, den Zugang von Ärzten zu diesen Daten reglementiert und Telemedizin- und Home Care-Netze verwaltet. Inhalte der Krankenakte werden den medizini-

Abbildung 7. T@lemed-Demonstrationsregionen in Kolumbien mit implementierten Telemedizinnetzen. Die roten Kreise repräsentieren Expertenzentren in Cali und Bogotá, die Telemedizindienste für Gesundheitseinrichtungen in Malariaregionen und unterversorgten Gebieten bereitstellen. Die grünen Punkte zeigen Standorte von TOPCARE- Kiosken in diesen Regionen.

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Ausstattung

schen Nutzern im Webbrowser präsen- Daten werden zusammen mit einem Medizin-Telematik tiert. Der Zugang zu Trendkurven, Fallbericht über Symptome und medizinischen Bildern und Fallberich- Gesundheitszustand des Patienten an – Hardwareplattformen neben Stan- ten bleibt autorisierten Ärzten vorbe- den TOPCARE-Server geschickt, wo dart-PCs vor allem HP, SUN, DELL halten, die sich über eine Signaturkarte eine Auswertung durch den Experten und SGI Rechner (Arbeitsplatzrechner anmelden, um die Patientendaten zu erfolgt und Behandlungsempfeh- und Server) bewerten und Behandlungsempfeh- lungen an den Kiosk zurückgesandt – Video-Conferencing-Systeme ver- lungen auszusprechen und zu doku- werden. schiedener Bandbreite und Qualität mentieren. für unterschiedliche Einsatzgebiete Für die Ferndiagnose und -beratung Erste Ergebnisse – Geräte zum Monitoring von Vital- bei Malaria und anderen Infektions- parametern, auch on-line krankheiten steht den Rat suchenden In Kolumbien haben zwischenzeitlich – Kommunikationseinrichtungen zum Gesundheitseinrichtungen ein speziel- zwei Telemedizinzentren in Cali und drahtlosen kontinuierlichen Patien- les, kostengünstiges Kiosksystem zur Bogotá ihre Befundungs- und Bera- ten-Monitoring Verfügung, der TOPCARE-Kiosk. Dieses tungsdienste gestartet. In der Küsten- – Softwarewerkzeuge zur Generierung System beinhaltet einen Linux PC mit stadt Buenaventura und Umgebung von Präsentationen, auch online einer leicht bedienbaren, selbster- wurden zwei TOPCARE-Kioske in einer – Mikrocontroller-Entwicklungsplätze klärenden Datenbankanwendung, Malariastation und einer Militärbasis – Softwareentwicklungswerkzeuge für einer Reihe von am Kiosk betriebenen in Betrieb genommen, die nun Bera- Java, Datenbanken (Oracle, SQL- medizinischen Messgeräten für den tungsdienste eines Universitätskran- Server), C/C++, … sogenannten »Point-of-Care«, ange- kenhauses in Cali und eines Malaria- fangen vom Blutdruckmessgerät über forschungszentrums in Anspruch neh- ein Blutanalysesystem bis hin zum men. Im Department Guaviare wurden Röntgenfilmscanner. Ferner unterstützt zwei Kiosksysteme in einem Kranken- der TOPCARE-Kiosk eine am Mikros- haus und einer ambulanten Kran- kop montierbare Digitalkamera zur kenstation installiert, die Beratung computergesteuerten Erstellung von erfolgt durch das telemedizinische Bildersätzen von Blutausstrichen, sowie Zentrum der Universidád Nacional de eine integrierte Webcam für Videoge- Colombia in Bogotá. spräche mit dem Experten in Verbin- dung mit Application-Sharing. Für Die bisherigen Erfahrungen aus einer jeden neuen Patient wird eine elektro- Pilotphase in dem bis Ende 2006 lau- nische Gesundheitsakte am Kiosk fenden Projekt sind sehr vielverspre- erzeugt, in der Mikroskopiebildersätze chend. Weitere Kiosk-Installationen und alle weiteren diagnostischen Infor- werden vorbereitet. Der Weiterbetrieb mationen gespeichert werden. Diese der Telemedizindienste nach Projekten- de konnte für einige Standorte bereits sichergestellt werden. Detaillierte Ergebnisse über den medizinischen Nutzen werden von der Begleitstudie im Laufe des Jahres 2006 erwartet.

Ansprechpartner Dipl.-Inform. Stephan Kiefer Telefon: +49 (0) 6894/980-156 [email protected]

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Computerunterstützte Simulationen

»Status Map« zur graphischen Visualisierung des aktuellen Projektstandes im Integrierten Projekt CellPROM. Einzelne Aufgaben werden durch eine aussagekräftige Graphik und der Bearbeitungsstatus durch Farbkodierung repräsentiert.

Angebote, Ergebnisse und Produkte der Arbeitsgruppe

– Computerunterstützte Simulationen

Projektbeispiel: Multiphysik-Simulationen

Ausstattung

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Bei jeder Form der Projektzusammen- wendig, den aktuellen Projektstand arbeit, ob mit industriellen oder öffent- zeitnah zu erfassen und zu kommuni- lichen Auftraggebern, nimmt die zieren. Dies funktioniert nur über eine Berichterstattung einen nicht zu unter- entsprechende graphische Aufberei- schätzenden Raum ein. Der Transport tung. Gleiches gilt für die als Diskussi- komplexer Zusammenhänge zwischen onsbasis notwendigen Dokumente wie Parametern und Ergebnissen funktio- Spezifikationen, Pflichtenhefte und niert kaum ohne entsprechende gra- technische Dokumentationen. Tägliche phische Aufbereitung. In der Regel ist Kommunikation kann und darf nicht neben der Papierform auch eine auf Stapeln von Papier beruhen; Skiz- Abschlusspräsentation mit multimedia- zen, Zeichnungen, 3-D-Graphiken und len Komponenten erwünscht. 3-D-Gra- Animationen transportieren Inhalte phiken, Computer-Animationen und wesentlich effizienter. Bewegungssimulationen nehmen dabei einen immer breiteren Raum ein. Die Integration graphischer Elemente in den Projektablauf ist eine Stärke des Auch während der Projektlaufzeit und Fraunhofer IBMT. In der Arbeitsgruppe im Projektmanagement ist die graphi- Computerunterstützte Simulationen sche Darstellung ein wertvolles Hilfs- sind die Werkzeuge und Kompetenzen mittel. Multidisziplinäre Teams und vorhanden, um diese Art der Projekt- Projektkooperationen mit Partnern aus abwicklung effizient zu unterstützen vielen verschiedenen Ländern sind eher und voranzutreiben, innovative Projek- die Regel als die Ausnahme. Insbeson- te erfordern auch innovative Ansätze dere die neuen Instrumente im 6. For- im Management. schungs-Rahmenprogramm der Europäischen Union wie Integrierte Projekte stellen hohe Anforderungen an das Management. Das vom Fraun- hofer IBMT koordinierte Projekt Cell- PROM mit seinen 27 Partnern aus 12 Ansprechpartner Ländern ist ein Beispiel für ein solches Dipl.-Phys. Daniel Schmitt Projekt. Über die Grenzen der Diszipli- Telefon: +49 (0) 6894/980-120 nen und Sprachen hinweg ist es not- [email protected]

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Angebote, Ergebnisse und Produkte der Arbeitsgruppe

Computerunterstützte Simulationen

– computerunterstützte Entwicklung und Test von Ultraschall-Wandlern – computerunterstützte Entwicklung von Test-Ultraschall-Arrays – Schallfeldberechnungen – Optimierung von Ultraschall- Sensoren und -Systemen – computerunterstützte Entwicklung und Test von Gradientenspulen – computerunterstützte Entwicklung von Test-Gradientenspulen-Arrays – EM-Feldberechnungen – computerunterstützte Entwicklung und Test von MEMS – Strömungsberechnungen – gekoppelte Strömungs-Akustik- Berechnung – Festigkeitsanalysen und -berech- nungen – FEM-basierte Bauteileoptimierung – Simulation von Mikrofluidikbau- elementen und -systemen – Temperaturberechnungen – 3-D-Konstruktion – 3-D-Visualisierung und Animation in Biologie, Chemie, Physik, Medizin und Technik – medizinische Bildverarbeitung und 3-D-Rekonstruktion

Ansprechpartner Dipl.-Phys. Daniel Schmitt Telefon: +49 (0) 6894/980-120 [email protected]

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Projektbeispiel: Multiphysik-Simulationen

Computerunterstützte Simulationen

Ausgangssituation

Die experimentelle Untersuchung innovativer kooperativer Ansätze im Bereich der Robotik erfordert eine große Anzahl individueller Agenten. Aus dem Tierreich von Fischen, Vögeln und vor allem Insekten bekannte Schwärme dienen hier als Vorbild. Die Mikrosystemtechnik liefert Methoden, diese Vielzahl von Robotern kostenef- fektiv zu fertigen, impliziert aber Gesamtabmessungen im Bereich eines Millimeters. In diesem Spannungsfeld bewegt sich das Integrierte Projekt I-SWARM, in dem acht Partner aus sieben Ländern versuchen, Schwarmver- halten im Zusammenhang mit Robo- Abbildung 1: Skaleneffekte der beteiligten physikalischen Kräfte Adhäsion, Gravitation und Elektrostatik bei tern zu studieren. Um realistische Verringerung der Objektgröße. Szenarien experimentell nachstellen zu können, benötigen die Roboter moto- rische, sensorische, aktuatorische und kommunikative Fähigkeiten. Sie müs- sen sich also bewegen, ihre Umwelt wahrnehmen, Arbeiten verrichten und sich untereinander verständigen können.

Aufgabe

Ein Vorschlag für ein multifunktionales Sensor-Aktuator-Kommunikationsele- ment besteht aus einer Kombination aus einem elektrostatischen Greifer mit einem piezoelektrischen Antrieb. Damit ist es möglich Objekte zu grei- fen und wieder loszulassen, gleichzeitig kann über eine Rückkopplung der Kontakt zwischen den beiden Objek- ten festgestellt werden. Die Aufgabe des Fraunhofer IBMT bestand darin, Abbildung 2: Berechnete elektrische Feldverteilung um das zu greifende Objekt. durch FEM-Simulationen des Bauteiles eine prinzipielle Machbarkeit zu untersuchen und entsprechend Vorschläge für die Auslegung zu erarbeiten. Eine besondere Schwierigkeit folgt aus der Oberflächenphysik, da bei den geforderten Abmessungen im Submillime- terbereich Oberflächeneffekte wie Adhäsion einen wesentlich größeren Einfluss haben als bei konventionellen, meist mechanischen Greifern (siehe Abbildung 1). Als Basis dienten experi-

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verwendet und das resonante Verhal- ten des Systems ohne und mit Belas- tung simuliert (siehe Abbildung 3). Auch hier konnten geometrische Para- meter für die Auslegung des Bauteils ermittelt und für den Testmusterbau optimiert werden.

Potenzial

Mit ANSYSTM können verschiedene physikalische Phänomene entweder separat oder in ihrem Zusammenspiel in einem Modell untersucht werden. Abbildung 3: Modell, Verbiegung und Auslenkung des mit einer Referenzkugel (42 µm Durchmesser) belaste- Elektrische und magnetische Effekte ten Werkzeuges. können dabei mit piezoelektrischen und hydrodynamischen Kräften kombi- niert werden. Somit steht ein universel- les Werkzeug zur Verfügung, mit dessen Hilfe am Fraunhofer IBMT die mentelle Voruntersuchungen, die bei unterschiedlichsten Fragestellungen anderen Partnern des Konsortiums aus den Bereichen Mikromechanik, durchgeführt wurden. Mikrofluidik, Ultraschall, Akustik, Elek- trostatik und Elektromagnetik unter- Ergebnisse sucht werden können. Somit können für Interessenten aus der Industrie Am Fraunhofer IBMT wurden für das direkt oder als Dienstleistung innerhalb Bauelement Finite-Elemente-Modelle des Fraunhofer IBMT für andere mit ANSYSTM aufgebaut. Dabei wurde Arbeitsgruppen komplexe Sensoren, zunächst separat das elektrostatische Aktuatoren oder fluidische Bauteile am Verhalten von Referenzobjekten im Computer studiert, entworfen und Zusammenspiel mit dem Greifer stu- optimiert werden. diert (siehe Abbildung 2). Die Form des Greifers wurde dabei in Form und Projektdurchführung Größe variiert, um für die in Analogie zum Experiment verwendeten kugel- Dipl.-Ing. Jürgen Meiche förmigen Referenzobjekte optimale Dipl.-Phys. Daniel Schmitt Konfigurationen zu finden. Projektförderung In einem zweiten Modell wurde da- nach untersucht, inwieweit mit einem Europäische Union, FP6-IST 507006 piezoelektrischen Antrieb des Greifers (I-SWARM) einerseits ein Vibrieren zur Unterstüt- zung des Trennungsprozesses Greifer- Objekt genutzt werden kann. Anderer- seits führt die zusätzliche Masse des Objektes zu einer Resonanzverschie- Ansprechpartner bung und kann damit zur Detektion Dipl.-Phys. Daniel Schmitt eingesetzt werden. Dazu wurde das Telefon: +49 (0) 6894/980-120 piezoelektrische Modul von ANSYSTM [email protected]

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Ausstattung

Computerunterstützte Simulationen

Hybride Rechnerumgebung unter UNIX/Linux und Windows mit den folgenden Softwaretools: ANSYSTM (FEM-Code), CFDRCTM (FEM-Code), FlotranTM (FEM-Code), ModulEF (FEM-Code), FlexPD (FEM-Code), ProEngineerTM (Standard CAD-Code), SolidWorksTM (Standard CAD-Code), AutoCADTM (Standard CAD-Code), PiezoCadTM (Design von Ultraschall- wandlern auf der Basis des KLM- Modells), MathematicaTM, SCALP (Eigenentwicklung zur Berechnung der transienten Ausbreitung akustischer oder elektromagnetischer Wellen), LabViewTM (Signalanalysecode), 3D-Studio MAXTM (Visualisierung und Animation komplexer physikalischer und technischer Vorgänge), Evoluti (Eigenentwicklung zur Optimierung auf der Basis genetischer Algorithmen), AMIRATM (3-D-Bildverarbeitung und Rekonstruktion), AcapellaTM (Bildana- lyse mikroskopischer Aufnahmen)

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Biomedizinische Kompetenzzentren

Kooperationsforum »Wireless Systems for Biomedical Applications & Devices« am 26. April 2005 in der Kryohalle des IBMT.

Angebote, Ergebnisse und Produkte der Arbeitsgruppen

– European Center of Competence for Biomedical Microdevices (MEDICS) – Medizintechnisches Kompetenzzentrum für Miniaturisierte Monitoring- und Interventionssysteme (MOTIV) – Kompetenzzentrum CC-Nanochem

Projektbeispiel: Kompetenzzentren für Biomedizintechnik am IBMT

Ausstattung

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Der Markt für Biomedizintechnik ken notwendig. Dies ist nur durch ein beläuft sich auf rund 180 Milliarden € interdisziplinäres Team von Experten zu jährlich, wird von den USA, Europa bewerkstelligen. und Japan dominiert und zeichnet sich Die Arbeitsgruppe »Kompetenzzentren durch Stabilität mit konstanten Biomedizintechnik« am Fraunhofer Zuwachsraten aus. Trotz dieser offen- IBMT ist spezialisiert auf neue Techno- sichtlichen Attraktivität stellt sich der logien im Anwendungsbereich der Bio- Markt für Biomedizintechnik als medizintechnik. Sie unterstützt Mittel- äußerst komplex und schwierig dar. stand, Industrie, öffentliche Auftragge- Im Spannungsfeld zwischen ständiger ber sowie Banken und Investoren bei Verbesserung der Patientenversorgung der Lösung vielfältiger Fragestellungen. bei zunehmender Kosteneinsparung, niedrigen Stückzahlen bei hohen Qualitätsanforderungen, langen Ent- wicklungszeiten bei zunehmender Ansprechpartner European Center Innovationsgeschwindigkeit, aufwändi- of Competence for Biomedical gen Zulassungsregularien und starker Microdevices (MEDICS) Multidisziplinarität müssen insbesonde- Dipl.-Ing. Andreas Schneider re in Forschung und Entwicklung Telefon: +49 (0) 6897/9071-42 große Herausforderungen gemeistert andreas.schneider@ werden. medics-network.com Mikro-, Nano- und Biotechnologien, aufgrund ihrer enormen Möglichkeiten oft als Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts bezeichnet, bieten Ansprechpartner Medizin- großes Potenzial, um diesen komple- technisches Kompetenzzentrum für xen Anforderungen zu begegnen. So Miniaturisierte Monitoring- und ist in den letzten Jahren die Nutzung Interventionssysteme (MOTIV) dieser neuen Technologien weit voran- Dipl.-Biol. Jochen Schmidt geschritten: Die Kapselendoskopie Telefon: +49 (0) 6897/9071-41 in der Dünndarm-Diagnostik, die [email protected] Nutzung von Nanopartikeln für die Behandlung von Patienten in der Sprecher MOTIV Tumortherapie sowie die Verbreitung Prof. Dr. Günter R. Fuhr von aktiven Implantaten zur Behand- Telefon: +49 (0) 6894/980-100 lung von Epilepsie oder Parkinson in [email protected] der Rehabilitation sind nur einige Bei- spiele, die dies eindrucksvoll belegen.

Allein die Nutzung neuer Technologien Ansprechpartner Kompetenz- ist noch kein Garant für die Entwick- zentrum Nanotechnologie lung und Herstellung erfolgreicher bio- (CC-NanoChem) medizintechnischer Produkte und Dipl.-Ing. Andreas Schneider Anwendungen. Vielmehr ist eine stän- Telefon: +49 (0) 6897/9071-42 dige Bewertung von Nutzen und Risi- [email protected]

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Angebote, Ergebnisse und Produkte der Arbeitsgruppen

Biomedizinische Kompetenzzentren

– Mikro- und Nanotechnologien für biomedizinische Anwendungen – Technologieberatung – Machbarkeitsstudien und Konzept- bewertung – Technologie-, Patent- und Markt- recherchen – Vermittlung industrieller und wissenschaftlicher Partner – Beantragung, Finanzierung & Koordi- nation von FuE-Projekten – unabhängiges Projektmanagement – Unterstützung bei Unternehmens- gründungen – Unterstützung bei Zulassungsfragen (MPG, MDD, FDA) – Internet Informationsdienst- leistungen – Workshops & Schulungen

Ansprechpartner European Center of Competence for Biomedical Microdevices (MEDICS) Dipl.-Ing. Andreas Schneider Telefon: +49 (0) 6897/9071-42 andreas.schneider@ medics-network.com

Ansprechpartner Medizintechni- sches Kompetenzzentrum für Miniaturisierte Monitoring- und Interventionssysteme (MOTIV) Dipl.-Biol. Jochen Schmidt Telefon: +49 (0) 6897/9071-41 [email protected]

Ansprechpartner Kompetenz- zentrum Nanotechnologie (CC-NanoChem) Dipl.-Ing. Andreas Schneider Telefon: +49 (0) 6897/9071-42 [email protected]

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Kompetenzzentren für Biomedizintechnik am IBMT

Projektbeispiel: Kompetenzzentren für Biomedizintechnik am IBMT

Ausgangssituation Die Arbeitsgruppe bietet Dienstleistun- gen im Umfeld von Forschung und Der Stellenwert der Arbeitsgruppe Entwicklung biomedizintechnischer »Biomedizinische Kompetenzzentren« Produkte und Anwendungen an. und des Fraunhofer IBMT in der Bio- Neben Projektbeantragung, unabhän- medizintechnik wird durch die Ernen- gigem Projektmanagement, Vermitt- nung zu den folgenden europäischen lung von Projektpartnern und Unter- und nationalen Kompetenzzentren stützung in Zulassungsfragen stellt ins- unterstrichen: besondere die Technologieberatung – Koordination des European Center of eine wichtige Expertise der Kompe- Competence for Biomedical Micro- tenzzentren dar. Technologieberatung devices »MEDICS« im Auftrag der umfasst hierbei Machbarkeits- und Europäischen Union: www.medics- Marktstudien, Konzeptbewertung und network.com. -beratung sowie technische Recher- – Koordination des Kompetenzzen- chen und Patentrecherchen. Anhand trums »MOTIV« – Miniaturisierte einer Fallstudie werden Vorgehenswei- Monitoring- und Interventions- se und Ablauf eines Beratungsprojek- systeme im Auftrag des Bundesminis- tes am Fraunhofer IBMT beispielhaft teriums für Bildung und Forschung dargestellt. BMBF: www.motiv-medtech.de. – Übernahme der Nanobiotechnologie- Fallstudie einer Technologieberatung Kompetenz im BMBF-Kompetenz- im Auftrag eines Industriekunden zentrum für chemische Nanotechno- Ziel der Technologieberatung ist die logie »CC-NanoChem«: Unterstützung eines Industriekunden www.cc-nanochem.de. bei der Bewertung einer neu entwickelten Fertigungstechnologie und Angebote bei der Identifizierung möglicher Anwendungsfelder in der Biomedizin- Technologieberatung – technik. Fragen Sie Experten Das multidisziplinäre Kernteam der Der Erstkontakt zum Industriekunden Arbeitsgruppe »Kompetenzzentren wurde durch einen Partner innerhalb Biomedizintechnik« am Fraunhofer des internationalen Netzwerks der IBMT besteht aus Biologen, Bionikern, Arbeitsgruppe »Kompetenzzentren Medizintechnikingenieuren und Wirt- Biomedizintechnik« hergestellt. schaftswissenschaftlern. Darüber hinaus besteht Zugriff auf ein internatio- Monat 1: nales Netzwerk von Spezialisten in Kontaktaufnahme des Kunden mit unterschiedlichen Technologie- und Mitarbeitern der Kompetenzzentren Anwendungsbereichen. am Fraunhofer IBMT. Erstes Treffen beim Kunden zur Diskussion der Pro- blemstellung und Ziele sowie Möglich- keiten einer Unterstützung durch das Fraunhofer IBMT.

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Monat 2: Monat 5: Abschluss der Angebotserstellung. Das Abgabe des Ergebnisberichtes. Angebot enthält die Punkte Ausarbei- tung eines Beratungskonzeptes, Monat 7: Durchführung von Experteninterviews, Ergebnispräsentation beim Kunden mit Erstellung eines Ergebnisberichtes anschließender Diskussion der Ergeb- sowie Abschlusspräsentation mit Dis- nisse, der notwendigen Maßnahmen kussion der Ergebnisse und der weite- und der weiteren Vorgehensweise und ren Schritte beim Auftraggeber. Zusammenarbeit.

Monat 3: Monat 9: Auftragserteilung des Industriekunden Eingang des Folgeauftrags des Indus- und Auftragsbestätigung durch das triekunden. Fraunhofer IBMT.

Monat 3–5: Bearbeitung des Industrieauftrages. Die zu untersuchende Technologie wird in einer kurzen Präsentation, die in Abstimmung mit dem Auftraggeber erarbeitet wurde, dargestellt und anschließend mit ausgewählten Exper- ten unterschiedlicher Fachrichtung diskutiert. Insgesamt werden 24 Exper- Ansprechpartner teninterviews durchgeführt. In den Experteninterviews werden die folgen- Dipl.-Ing. Andreas Schneider den Punkte diskutiert und schriftlich Kompetenzzentren Biomedizintechnik fixiert: Industriestraße 5 Bewertung der Stärken, Schwächen 66280 Sulzbach sowie Erarbeitung der Alleinstellungs- Telefon: +49 (0)6897/9071-42 merkmale der Technologie. [email protected] Diskussion möglicher Anwendungsfel- der und deren Potenzial. Insgesamt werden über 20 verschiedene Anwen- dungsfelder in der Biomedizintechnik beleuchtet sowie mögliche Spin-Offs nicht-biomedizintechnischer Art erarbeitet. Erörterung wesentlicher Industriean- bieter und Endkunden. Diskussion möglicher Zugangswege zu den angesprochenen Industriezweigen und Endkunden. Die Inhalte der Expertenbefragung werden anschließend mit Recherchen sowie Sekundärliteratur untermauert. Im Endbericht werden alle Ergebnisse und Recherchen der Technologiebera- tung prägnant dargestellt sowie Emp- fehlungen zur weiteren Vorgehenswei- se abgegeben.

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Ausstattung

Kompetenzzentren Abbildung: Räumlichkeiten und Mitarbeiter der Kompetenzzentren des IBMT. Biomedizintechnik

– interdisziplinäres Team bestehend aus Biomedizintechnik-, Wirt- schaftsingenieuren und Biologen – Europäisches Kompetenzzentrum MEDICS – Biomedizinische Mikro- produkte – Kompetenzzentrum MOTIV – Miniaturisierte Monitoring- und Interventionssysteme – Kompetenzzentrum CC-NanoChem – Chemische Nanomaterialien – Biomedizinische Datenbank – Biomedizinische Internet- Suchmaschine – internationales Netzwerk von Lieferanten und Verbrauchern

Jahresbericht 2005 123 05_051349frin_GFB 29.11.2005 14:46 Uhr Seite 124

Faktenteil

Blick auf den Stand des Fraunhofer IBMT auf der BIOTECHNICA-Messe 2005 in Hannover (im Rahmen des Auftritts des Verbunds Life).

Namen, Daten, Ereignisse

– Internationale Gäste: Wissenschaftler, Stipendiaten, Gastdozenten – Messe- und Veranstaltungsspiegel

Wissenschaftliche Veröffentlichungen – Diplomarbeiten und Promotionen – Publikationen/Vorträge – Patente

Impressum

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Namen, Daten, Ereignisse

Internationale Gäste

Wissenschaftler, Stipendiaten Gastwissenschaftler 2005

Oliver Jonas Humboldt-Universität zu Berlin Tilo Matthes Humboldt-Universität zu Berlin Dr. Martin Wiklund Universität Stockholm, Schweden Ronan Le Harzic JenLab, Jena Sven Martin JenLab, Jena Raimon Casanova Universität Barcelona, Spanien Prof. Chaejoon Cheong Universität Daejeon, Korea Xie Xi Cheng Edan Instruments, Shenzhen, China Lui Gang Edan Instruments, Shenzhen, China Xiaofang Zeng Edan Instruments, Shenzhen, China Prof. Dr. Eckard Helmers FH Trier Margarida Serra IBET Lissabon, Portugal Prof. I. E. P. Taylor University of British Columbia, Kanada Prof. Dr. W. G. Müller Universität Mainz Prof. Dr. H. Horn TU München Prof. Dr. H.-P. Richter Medizinische Fakultät, UdS, Homburg Prof. Dr. J. Lademann Charité, Berlin Dr. D. van Neste Skinterface, Tornai, Belgien Dr. U. Schäfer NTF III, UdS Saarbrücken Dr. M. Schneider NTF III, UdS Saarbrücken Prof. Dr. M. Stuke Max-Planck-Institut für Biophysikalische Chemie, Göttingen

Gastdozent

Prof. Philippe Gaucher Grande École, Paris, Frankreich

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Messe- und Veranstaltungsspiegel

MEDTEC 2005 – Messe und Konferenz Tag der Offenen Türen 2005 15.–17.02.2005, Stuttgart 27.08.2005, Fraunhofer IBMT/AMBT, Wissenschaftspark http://www.medtecshow.de/ Golm, im Fraunhofer IAP, Potsdam/Golm

Nanotech 2005, BIOTECHNICA 2005 23.–25.02.2005, Tokyo 18.–20.10.2005, Hannover

MEK 2005 – 4. Medizintechnik- und Ergonometriekongress BMT – Biomedizinische Technik und Medizinphysik 2005 – Medical Devices: Human Factors and Patient Safety 14.–17.11.2005, Nürnberg 17.–18.03.2005, Münster http://www.bmt2005.de http://www.med-2005.com/PDF/MEK2005Program.pdf MEDICA 2005 – Weltforum der Medizin, internationale Unternehmenstreffen für Unternehmen & Spin-Offs aus Fachmesse mit Kongress dem Saarland und der Wallonie 16.–19.11.2005, Düsseldorf 15.04.2005, Gembloux (Belgien) http://www.medica.de

Konferenz Focus on Microscopy FOM 2005 NanoTech 2005 20.–23.04.2005, Jena 15.–17.11.2005, Montreux

MedInIreland 19.–20.04.2005, Dublin Ultraschall – Biomedical Device Delelopment

International Cooperation Forum on Wireless Systems for Biomedical Applications & Devices 25.–26.04.2005, Sulzbach http://www.medics-network.com/wireless/

SENSOR+TEST 2005 10.–12.05.2005, Nürnberg

ZPT-Kooperationsforum Healthcare 01.06.2005, Metz

19. Treffpunkt Medizintechnik, Imaging und optische Technologien für die Medizin 01.06.2005, Berlin

Lange Nacht der Wissenschaften 2005 11.06.2005, Fraunhofer IBMT/AMBT, Institut für Biologie, Humboldt-Universität zu Berlin, Berlin

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Wissenschaftliche Veröffentlichungen

Diplom-Arbeiten und Promotionen

Name Fakultät/Fachbereich Art der Qualifikation Xenia Marschan Universität Potsdam, Biologie Promotion Magnus Jäger HU Berlin, Biophysik Promotion Pia Bartholomä Universität des Saarlandes, Biologie Promotion Christian Heise Universität Potsdam, Chemie Promotion Till Brombach Universität des Saarlandes, Medizin Promotion Dara Feili Universität des Saarlandes, Ingenieurwissenschaften Promotion Sohee Kim Universität des Saarlandes, Ingenieurwissenschaften Promotion Andreas Rahn FH Anhalt, Biotechnologie Diplom Eva Eich Universität des Saarlandes, Biologie Diplom Daniel Stempel HTW Saarbrücken, Informatik Diplom Till Biskup HU Berlin, Biologie Diplom Oliver Ernst TH Berlin, Med. Biotechnologie Diplom Stefan Janda FHT Wien Diplom Marzellus gr. Holthaus Hochschule Bremerhaven, Med.tech. Diplom Kim Zarse TU Berlin, Biotechnologie Diplom Candia Joseph FH Lübeck, Medizintechnik Diplom Anup Ramachandran Universität des Saarlandes, Med.tech. Diplom Ines Zerbe Uni Halle, Biochemie Diplom Tobias Goris HU Berlin, Biologie Diplom Christian Günther HTW Karlsruhe, Mechatronik Master Yvonne Münch FH Wildau, Wirtschaftsingenieur Bachelor Juliane Teapal FH Wildau, Biosystemtechnik & Bioinformatik Bachelor Valentin Kuklin Studienarbeit

In Summe wurden im Jahre 2005 am IBMT 7 Promotionen, 12 Diplomarbeiten, 1 Masterarbeit, 2 Bachelorarbeiten sowie eine Studienarbeit abgeschlossen.

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Publikationen und Vorträge 2005

FUHR, G. R.: „Nanostructurisation, Biocompati- FUHR, G. R.: „Ultra Slow Instrument Manipulati- Abteilung Mikrosysteme/Lasermedizin bility and Differentiation of Animal and Human on for Gentle Handling of Cells“. Cells“. Vortrag anlässlich des Besuchs des Institute for Arbeitsgruppe Lasermedizin Vortrag anlässlich des Kolloquiums des Royal Biological and Experimental Technology (IBET) Institute of Technology Albanova der Universität in Lissabon (Portugal), 03.10.2005 BECKER, W., BERGMANN, A., HAUSTEIN, E., Stockholm PETRASEK, Z., SCHWILLE, P., BISKUP, C., in Stockholm (Schweden), 06.12.2004 FUHR, G. R.: „Ultra Slow Instrument Manipula- KELBAUSKAS, L. K., BENNDORF, N., KLÖCKER, tion for Gentle Handling of Cells“. ANHUT, T., RIEMANN, I., KÖNIG, K.: „Fluores- FUHR, G. R.: „Was benötigt die regenerative Vortrag anlässlich des Besuchs des Barcelona cence Lifetime Images and Correlation Spectra Medizin?“. Science Park, Universität Barcelona obtained by Multi-dimensional TCSPC“. Vortrag anlässlich des Besuchs des Bundespräsi- in Barcelona (Spanien), 05.10.2005 Micr. Res. Tech., 2005, in press denten, Professor Horst Köhler, in Sulzbach (Saarland), 18.12.2004 FUHR, G. R.: „Ultra Slow Instrument Manipula- GARWE, F., CSAKI, A., MAUBACH, G., tion for Gentle Handling of Cells“. STEINBRÜCK, A., WEISE, A., KÖNIG, K., FUHR, G. R.: „Zellkommunikation auf der Vortrag anlässlich des Besuchs des Institut FRITZSCHE, W.: „Laser Pulse Energy Conversion Nanoskala“. Pasteur on Sequence-specific bound Metal Vortrag anlässlich der Auftaktveranstaltung zur in Paris (Frankreich), 07.10.2005 Nanoparticles and its Application for DNA Leitinnovation NanoForLife Manipulation“. in Düsseldorf (Nordrhein-Westfalen), FUHR, G. R.: „Cryopreservation, Cell Banking, Medical Laser Application (doi: 21.01.2005 and Gentle Handling of Individual and Groups 10.1016/j.mla.2005.07.007), 2005 of Stem Cells - Introduction into Fraunhofer FUHR, G. R.: „Zellmanipulation und Biokompa- IBMT Technology Developments“. HASSLER, K., ANHUT, T., RIGLER, R., GÖSCH, tibilität“. Vortrag anlässlich des Technologie-Seminars des M., LASSER, T.: „High Count Rates with Total Vortrag anlässlich des Seminars des Leibniz- Saarländischen Wirtschaftsministeriums Internal Reflection Fluorescence Correlation Zentrums für Medizin und Biowissenschaften in Seoul (Korea), 18.-20.10.2005 Spectroscopy”. in Borstel (Niedersachsen), 16.03.2005 Biophys.J.: Biophys.Lett. 88, L01-L03, 2005 FUHR, G. R.: „Ultra Slow Manipulation - A New FUHR, G. R.: „Möglichkeiten und Grenzen der Way for Stress-reduced and Physiological Hand- HASSLER, K. H., Anhut, T., LASSER, T.: „Time Stammzellforschung“. ling of Individual Animal and Human Cells“. Resolved Hadamard Fluorescence Imaging”. Vortrag anlässlich des Zukunftsforums der Vortrag anlässlich der 15. Jahrestagung der Applied Optics, 2005, in press Union Stiftung Deutschen Gesellschaft für Zytometrie (DGFZ) in Saarbrücken (Saarland), 20.03.2005 in Leipzig (Sachsen), 20.-22.10.2005 KÖNIG, K., SCHENKE-LAYLAND, K., RIEMANN, I., Stock, U. A.: „Multiphoton Autofluorescence FUHR, G. R.: „Micro- and Nanotechnological FUHR, G. R.: „Extreme Slow Cell Manipulation“. Imaging of Intratissue Elastic Fibers”. Aspects of Single Cell Analysis by Means of Vortrag anlässlich der NanoTech 2005 Biomaterials, 26, 495-500, 2005 Biochips“. in Montreux (Schweiz), 15.11.2005 Vortrag anlässlich des Workshops „Nanobio- KÖNIG, K., RIEMANN, I., STRACKE, F., LE technologie“ des BMBF FUHR, G. R.: „Sanfte Zellmanipulation für die HARZIC, R.: „Nanoprocessing with Nanojoule in Changsha (China), 11.-15.04.2005 regenerative Medizin und Biokompatibilität“. Near Infrared Femtosecond Lasers”. Vortrag anlässlich der Ringvorlesung „Wohin Med. Laser Appl. 20, (doi: FUHR, G. R.: „Extrem langsame Instrumenten- steuert die Bundesrepublik“ der Technischen 10.1016/j.mla.2005.07.009), in press, 2005 bewegung - ein neues Prinzip zur stressarmen Universität Braunschweig, Einzelzell-Manipulation“. in Braunschweig (Niedersachsen), 12.12.2005 KÖNIG, K., EHLERS, E., STRACKE, F., RIEMANN, Vortrag anlässlich des Evotec Technologies I.: „In vivo Drug Screening in Human Skin using Workshops an der Humboldt-Universität zu Femtosecond Laser Multiphoton Tomography“. Berlin Journal of Skin Pharmaceutical, in press, 2005 in Berlin (Berlin), 22.04.2005 LE HARZIC, R., BREITLING, D., SOMMER, S., FUHR, G. R.: „Frozen Medicine - Cryopreser- FÖHL, C., KÖNIG, K., DAUSINGER, F., vation of Stem Cells with Clinical Relevance”. AUDOUARD, E: „Processing of Metal by Double Vortrag anlässlich des 2nd World Congress on Pulses with Short Laser Pulses“. Regenerative Medicine Applied Physics A (doi: in Leipzig (Sachsen), 18.-20.05.2005 10.1007/s00339-005-3307-0), 2005

FUHR, G. R.: „Ungelöste Probleme in der Zell- LE HARZIC, R., SCHUCK, H., SAUER, D., ANHUT, biologie und Biotechnologie“. T., VELTEN, T., KÖNIG, K.: „Sub-100 nm Nano- Vortrag anlässlich des Tags der Offenen Türen structuring of Silicon by Ultrashort Laser im Wissenschaftspark Golm Pulses“. in Potsdam/Golm (Brandenburg), 27.08.2005 Optics Express, Vol. 13, 6651-6656, 2005

FUHR, G. R.: „Gentle Handling of Individual and LE HARZIC, R., BÜCKLE, R., WÜLLNER, C., Groups of Animal and Human Cells“. DONITZKY, C., KÖNIG, K.: „Laser Safety Aspects Vortrag anlässlich des Workshops EuroNanoFo- for Refractive Eye Surgery with Femtosecond rum 2005 Laser Pulses“. in Edinburgh (Schottland), 06.09.2005 Medical Laser Application (doi:10.1016/j.mla.2005.07.008), 2005

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LUENGO, J., WEISS, B., SCHNEIDER, M., CZAKI, A., MAUBACH, G., GARWE, F., BECKER, W., BERGMANN, A., BISKUP, C., KOENIG, K., EHLERS, A., STRACKE, F., KOSTKA, STEINBRÜCK, A., KÖNIG, K., FRITZSCHE, W.: RIEMANN, I., ANHUT, T., KÖNIG, K.: „Multi- K.-H., LEHR, C. M., SCHÄFER, U. F.: „Influence „A Novel DNA Restriction Technology based on Exponential Fluorescence Lifetime Imaging”. of the Encapsulation of Flufenamic Acid into Laser Pulse Energy Conversion on Sequence- Vortrag anlässlich der FOM 2005 PLGA Nanoparticles on Human Skin specific bound Metal Nanoparticles”. in Jena (Thüringen), 20.-23.03.2005 Absorption”. Proc. SPIE, in press, 2005 Skin Pharm. Physiol., in press, 2005 CZAKI, A., MAUBACH, G., GARWE, F., FRITZSCHE, W., CZAKI, A., STEINBRÜCK, A., STEINBRÜCK, A., KÖNIG, K., FRITZSCHE, W.: MÜLLER, W. E. G., KALUZHNAYA O. V., GARWE, F., KÖNIG, K., RASCHKE, M.: „Metal „Sequence-specific bound Nanoparticles for a BELIKOV, S. I., ROTHENBERGER, M., SCHRÖDER, Nanoparticles as Passive and Active Tools for Novel Sub-Wavelength DNA Restriction Techno- H. C., REIBER, A., KAANDORF, J. A., MANZ, B., Bioanalytics”. logy based on Laser Pulse Energy Conversion”. MIETCHEN, D., VOLKE, F.: „Magnetic Resonance Proc. SPIE, in press, 2005 Vortrag anlässlich der FOM 2005 Imaging of the Siliceous Skeleton of the Demos- in Jena (Thüringen), 20.-23.03.2005 ponge Lubomirskia baicalensis“. HILD, M., KRAUSE, M. H. J., LÖW, U., Journal of Structural Biology, in press, 2005 RUPRECHT, K. W., RIEMANN, I., KÖNIG, K.: EHLERS, A., RIEMANN, I., ANHUT, T., KOBOW, „Experimental Intraretinal Tissue Ablation using J., KÖNIG, K.: „Multiphoton Tomography of SCHENKE-LAYLAND, K., RIEMANN, I., STOCK, Femtosecond-Laser Pulses”. Epidermis and Dermis”. U. A., KÖNIG, K.: „Imaging of Cardiovascular Lasers in Manufacturing, Proc. WLT Munich, Vortrag anlässlich der Photonics West Structures using NIR Femtosecond Multiphoton 495-496, 2005 in San Jose (USA), 22.-27.01.2005 Laser Scanning Microscopy”. J Biomed Opt., 10(2): 24017, 2005 KÖNIG, K., RIEMANN, I., FRITSCHE, W., CZAKI, EHLERS, A., RIEMANN, I., ANHUT, T., KOBOW, A., MAUBACH, G., GARWE, F.: „Nanoproces- J., KÖNIG, K.: „Multiphoton Tomography of SCHENKE-LAYLAND, K., MADERSHAHIAN, D., sing of DNA with NIR Femtosecond Laser”. Skin with Gradient Index-Lenses”. RIEMANN, I., STARCHER, B., HALBHUBER, K.-J., Lasers in Manufacturing, Proc. WLT Munich, Vortrag anlässlich der FOM 2005 KÖNIG, K., STOCK, U. A.: „Impact of Cryopre- 501-504, 2005 in Jena (Thüringen), 20.-23.03.2005 servation on Extracellular Matrix Structures of Heart Valve Leaflets”. KÖNIG, K., RIEMANN, I., EHLERS, A., KOBOW, KOBOW, J., LE HARZIC, R., MARTIN, S., EHLERS, The Annals of Thoracic Surgery, in press, 2005 J.: „In vivo Non-invasive Multiphoton Tomogra- A., RIEMANN, I., KÖNIG, K.: „DermaInspect: In phy of Human Skin with Subcellular Spatial and vivo High Resolution Multiphoton Tomography STRACKE, F., BLUM, C., BECKER, S., MÜLLEN, Picosecond Time Resolution to detect Bio- and of Human Skin”. K., MEIXNER, A. J.: „Correlation of Emission Chemohazards”. Vortrag anlässlich der FOM 2005 Intensity and Spectral Diffusion in Room Tempe- Proc. SPIE, in press, 2005 in Jena (Thüringen), 20.-23.03.2005 rature Single Molecule Spectroscopy”. ChemPhysChem 6, 1242-1246, 2005 RIEMANN, I., ANHUT, T., STRACKE, F., KÖNIG, K.: „Multiphoton Tomography with LE HARZIC, R., KÖNIG K.: „Multiphoton Nano- Subcellular Resolution”. STRACKE, F., RIEMANN, I., KÖNIG, K.: „Optical surgery in Cells and Tissues”. Vortrag anlässlich des First Scientific Skin Nanoinjection of Macromolecules into Vital Proc. SPIE, in press, 2005 Workshop Cells”. in Reykjakvik (Island), 14.-15.01.2005 Photochem. Photobiol., in press, 2005 RIEMANN, I., DIMITROW, E., KAATZ, M., FLUHR, J., ELSNER, J. P., KOBOW, J., KÖNIG, K.: „In vivo KÖNIG, K., RIEMANN, I., SCHUCK, H., SAUER, ANHUT, T., RIEMANN, I., KÖNIG, K., LE HARZIC, Multiphoton Tomography of Inflammatory D., VELTEN, T., LE HARZIC, R.: „Time-resolved R., KILLI, A., MORGNER, U.: „Non-linear Laser Tissue and Melanoma“. and spectrally resolved 5D Multiphoton Scanning Microscopy and Microprocessing of Proc. SPIE 5686-20, 2005 Microscopy for Analysis and Nanoprocessing of Biological and Technical Materials using a New Materials”. Diode-pumped Solid-state Femtosecond Laser RIEMANN, I., KILLI, A., ANHUT, T., LE HARZIC, Vortrag anlässlich der Photonics West with Cavity Dumping”. R., MORGNER, U., KÖNIG, K.: „Imaging and in San Jose (USA), 22.-27.01.2005 Proc. SPIE 5860-12, in press, 2005 Nanosurgery of Biological Specimen with a New Diode-pumped Femtosecond Laser at a Wave- KÖNIG, K., WANG, B., RIEMANN, I., KOBOW, J.: ANHUT, T., HASSLER, K., LASSER, T., KÖNIG, K., length of 1040 nm”. „Cornea Surgery with Nanojoule Femtosecond RIGLER, R.: „Fluorescence Correlation Spectros- Lasers in Manufacturing, Proc. WLT Munich, Laser Pulses”. copy on Dielectric Surfaces in Total Internal 781-783, 2005 Vortrag anlässlich der Photonics West Reflection Geometries“. in San Jose (USA), 22.-27.01.2005 Proc. SPIE, in press, 2005 SCHUCK, H., LE HARZIC, R., ANHUT, T., BAUER- FELD, F., SAUER, D., VELTEN, T., KÖNIG, K.: KÖNIG, K.: „From a Physics Point of View: BECKER, W., BERGMANN, A., HAUNSTEIN, E., „Processing of Polymers and Silicon by Means of Are Femtosecond Lasers safe for Ophthalmic PETRASEK, Y., SCHWILLE, P., BISKUP, C., ANHUT, a Laser Scanning Microscope”. Lasers in Manu- Applications?” T., RIEMANN, I., KÖNIG, K.: „Fluorescence Life- facturing, Proc. WLT Munich, 535-537, 2005 Vortrag anlässlich des 6th International time Images and Correlation Spectra obtained Congress of Wavefront Sensing & Optimized by Multi-dimensional TCSPC”. ANHUT, T., RIEMANN, I., KÖNIG, K., LE HARZIC, Refractive Corrections Proc SPIE 5700, in press, 2005 R., KILLI, A., MORGNER, U.: „High-resolution in Athen (Griechenland), 11.-13.02.2005 Laser-Scanning-Microscopy and Processing of BECKER, W., KÖNIG, K.: „Fluorescence Lifetime Biological and Technical Materials using a New KÖNIG, K.: „Multiphoton Systems for Nanopro- Images and Correlation Spectra obtained by Diode-pumped Solid State Femtosecond Laser cessing and Tomography of Biological Tissues”. Multi-dimensional TCSPC”. with Cavity Dumping”. Vortrag anlässlich der FOM 2005 Proc. SPIE, in press, 2005 Vortrag anlässlich der FOM 2005 in Jena (Thüringen), 20.-23.03.2005 in Jena (Thüringen), 20.-23.03.2005

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KÖNIG, K.: „In vivo Multiphoton Time-resolved Arbeitsgruppe Miniaturisierte Systeme STEINMETZ, O., SCHUCK, H., SCHOLZ, O., Fluorescence/SHG Imaging in Human Skin”. KOCH, K.-P., BEISKI, B. Z., WOLFF, A., VELTEN, Vortrag GAO, J.: „Travelling Magnetic Field for T.: „Saliwell Study Group: Miniaturisierter Sen- in Berkeley (USA), 2005 homogeneous wireless Power sor zur Bestimmung der Nässe der Mundhöhle“. Transmission”. Vortrag anlässlich des Mikrosystemtechnik- KÖNIG, K.: “High Resolution In vivo Multipho- IEEE Transactions on Power Delivery, 2005 Kongress 2005 ton Tomography Melanoma”. in Freiburg (Baden-Württemberg), 12.10.2005 Vortrag anlässlich des 6th World Congress on NIERLICH, M., STEINMETZ, O.: „Manipulating Melanoma Biological Cells with a Micro-Robot Cluster“. TAGLIARENI, F., NIERLICH, M., STEINMETZ, O., in Vancouver (Kanada), 06.-10.09.2005 IROS 2005 VELTEN, T., BRUFAU, J., LOPEZ-SANCHEZ, J., PUIG-VIDAL, M., SAMITIER, J.: „Manipulating LE HARZIC, R., MARTIN, S., KOBOW, J., NIERLICH, M., STEINMETZ, O.: „A Specific Biological Cells with a Micro-robot Cluster”. RIEMANN, I., KÖNIG, K.: „Femtocut: A System Integrated Controller for Nanomicroscopy and Vortrag anlässlich der International Conference for Nanoprocessing with Femtosecond Laser Cellular Manipulation”. for Intelligent Robots and Systems Pulses”. ISCAS 2005 in Edmonton (Kanada), 02.-06.08.2005 Vortrag anlässlich der FOM 2005 in Jena (Thüringen), 20.-23.03.2005 NIERLICH, M., STEINMETZ, O.: „A Monolithic Control Circuit for a 1cm3 Microrobot for Arbeitsgruppe Magnetische Resonanz RIEMANN, I., EHLERS, A., REIF, A., KOBOW, J., Biological Experiments”. KÖNIG, K.: „In vivo Multiphoton Tomography of Asian Solid-State Circuits Conference, GRENACHER, L., HEYE, T., KUNTZ, C., Skin as a Tool to study the Effects of topically IEEE A-SSCC, 2005 PALMOWSKI, M., AUTSCHBACH, F., MANZ, B., applied Probes and UV Exposure”. BENECKE, M., VOLKE, F., KAUFFMANN, G. W., Vortrag anlässlich der Photonics West NIERLICH, M., STEINMETZ, O.: „An Integrated DÜX, M.: „Experimental Testing of a New Coil in San Jose (USA), 22.-27.01.2005 Controller for a Flexible and Wireless Atomic Design for Endoluminal MRI applied to the Pig Force Microscopy”. Stomach.” RIEMANN, I., ANHUT, T., STRACKE, F., SAUER, Proc. SPIE 2005 - Microtechnologies for the RöFo - Fortschritte auf dem Gebiet der Röntgen- D., MARTIN, S., KÖNIG, K.: „Multiphoton indu- New Millennium 2005 strahlen und der bildgebenden Verfahren 177 (7), ced Nano- and Microprocessing in Cells and 986-991, 2005 Tissues”. VELTEN, T., RUF, H. H., KNOLL, T., KOCH, T., Vortrag anlässlich der FOM 2005 SCHOLZ, O., WOLFF, A., BEISKI, B. Z.: „Intelli- KALUZHNAYA, O. V., BELIKOV, S. I., in Jena (Thüringen), 20.-23.03.2005 gent Intraoral Drug Delivery Microsystem“. ROTHENBERGER, M., SCHRÖDER, H. C., REIBER, 2005 A., KAANDORP, J. A., MANZ, B., MIETCHEN, D., SCHENKE-LAYLAND, K., RIEMANN, I., KÖNIG, VOLKE, F.: „Magnetic Resonance Imaging of the K.: „Non-invasive Multiphoton Imaging as very CASANOVA, R., LACORT, DIEGEUEZ, J., ARBAT, Siliceous Skeleton of the Demosponge useful Diagnostic Technology for Cardiovascular A., PUIG, M., SAMITIER, J., NIERLICH, M., Lubomirskia baicalensis Research”. STEINMETZ, O., SCHOLZ, O.: „A Specific Journal of Structural Biology, in press Vortrag anlässlich der FOM 2005 Integrated Controller for Nanomicroscopy and in Jena (Thüringen), 20.-23.03.2005 Cellular Manipulation”. MANZ, B., MÜLLER, K., KUCERA, B., VOLKE, F., Vortrag anlässlich der Annual Conference of the LEUBNER-METZGER, G.: „Water Uptake and SCHUCK, H., VELTEN, T., ANHUT, T., SAUER, D., IEEE International Society of Circuits and Distribution in Germinating Tobacco Seeds BAUERFELD, F., LE HARZIC, R., KÖNIG, K.: Sensors (ISCAS) investigated in vivo by Nuclear Magnetic „Multiphoton assisted Micro- and Nano- in Kobe (Japan), 23.-26.05.2005 Resonance Imaging (MRI)”. processing of Materials“ Plant Physiology 138, Juli 2005 2005 GAO, J.: „Inductive Power Transmission for Untethered Micro-Robots”. MIETCHEN, D., KEUPP, H., MANZ, B., VOLKE, F.: STRACKE, F., RIEMANN, I., ANHUT, T., SAUER, Vortrag anlässlich der 31st Annual Conference „Non-invasive Diagnostics in Fossils – Magnetic D., KÖNIG, K.: „Two-Photon Spectral Imaging of the IEEE Industrial Electronics Society, Resonance Imaging of Pathological Belemnites”. and Tomography: Application in Biomedical Sheraton, Capital Center Biogeosciences, 2, 133-140, 2005 Science”. in Raleigh (North Carolina, USA), Poster anlässlich der FOM 2005 Proc. 06.-10.11.2005 VOLKE, F.: „MRI-Endoscope and MR-compatible in Jena (Thüringen), 20.-23.03.2005 Catheter Systems“. KIM, S., SCHOLZ, O.: „Implantable Active Z. Allg. Med, 81: 9-11, 2005 WANG, B., RIEMANN, I., SCHUBERT, H., KIRSTE, Telemetry System using Microcoils”. S., KÖNIG, K.: „In vivo Animal Follow-up Stu- Vortrag anlässlich der 27th International ZIMMERMANN, H., ZIMMERMANN, D., REUSS, dies on Intrastromal Surgery with Near Infrared Conference of the IEEE R., FEILEN, P. J., MANZ, B., KATSEN, A., WEBER, Nanojoule Femtosecond Laser Pulses”. Engineering in Medicine and Biology Society M., IHMIG, F. R., EHRHARDT, F., GEßNER, P., Poster anlässlich der Photonics West (EMBS), Proceeding BEHRINGER, M., STEINBACH, A., WEGNER, L. in San Jose (USA), 22.-27.01.2005 in Shanghai (China), 01.-04.09.2005 H., SUKHORUKOV, V. L., VASQUEZ, J. A., SCHNEIDER, S., WEBER, M. M., VOLKE, F., WANG, B., RIEMANN, I., HALBHUBER, K.-J., SCHOLZ, O.: „State-of-the-art in “Wireless” for WOLF, R., ZIMMERMANN, U.: „Towards a SCHUBERT, H., KIRSTE, S., KÖNIG, K.: Biomedical Applications”. medically approved Technology for Alginate- „Application of Multiphoton Autofluorescence Vortrag anlässlich des International Cooperation based Microcapsules allowing long-term Imaging (MAI) and Second Harmonic Generati- Forum on Wireless Systems for Biomedical Immunoisolated Transplantation”. on (SHG) excited by Near Infrared Femtosecond Applications & Devices, MEDICS-Workshop Journal of Materials Science, Materials in Nanojoule Laser Pulses in Intrastromal Surgery in Sulzbach (Saarland), 26.05.2005 Medicine 16 (6), 491-501, 2005 with Rabbits“. Vortrag anlässlich der FOM 2005 in Jena (Thüringen), 20.-23.03.2005

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MANZ, B., NEU, T. R., VOLKE, F., HORN, H.: CHO, S., THIELECKE, H.: „Design of Electrode THIELECKE, H.: „Impedanzsensorik für den „Combined Application of EL, CLSM and MRI Array for Impedance Measurement of Lesions in Einsatz in Kathetersystemen und Endoskopen“. for the Analysis of Microbial Biofilms”. Arteries”. Endoskopie heute 18, 108-109 (2005) Vortrag anlässlich der Focus on Microscopy Physiological Measurement 26, S19-26 (2005) 2005, Friedrich Schiller University, Jena, THIELECKE, H., IMPIDJATI, A., FUHR, G. R.: in Jena (Thüringen), 20.-23.03.2005 CHO, S., THIELECKE, H.: „Simulated Impedance „Biopsy on Living Cells by Ultra-slow Instrument of Atheroma versus Position of Electrode Movement”. MIETCHEN, D., JAKOBI, J., RICHTER, H.-P., Array”. Journal of Physics: Condensed Matter, MANZ, B., VOLKE, F.: „Jelly Coat, Cell Shape Vortrag anlässlich des FEM Workshops eingereicht (2005) and Cleavage Plane Reorientation in Xenopus in Ulm (Deutschland), 20.-24.09.2005 early Embryos”. Proceedings, 351-354 (2005) THIELECKE, H.: „Impedanzspektroskopie für Vortrag anlässlich der Focus on Microscopy gewebebasierte Biosensoren“. 2005, Friedrich Schiller University, Jena, CHO, S., THIELECKE, H.: „Micro Hole-based Technisches Messen, eingereicht auf Einladung in Jena (Thüringen), 20.-23.03.2005 Single Cell Chip”. (2005) Vortrag anlässlich der EMBEC’05 Konferenz VOLKE, F.: „In vivo Imaging”. in Prag (Tschechien), 20.-25.11.2005 THIELECKE, H., SÜSELBECK, T., CHO, S., Nano2Life SRP Leaders Meeting, Schiphol, Proceedings (2005) KOECHLIN, METZ, J.: „Evaluation of Impedance Amsterdam Spectroscopy for Intravascular Tissue Characteri- in Amsterdam (Niederlande), August 2005 CHO, S., THIELECKE, H.: „In vitro Monitoring of sation and Endoscopy”. L929 Cells Growth using Impedance Spectros- Vortrag anlässlich der EMBEC’05 Konferenz VOLKE, F.: „ Small can be wonderful”. copy”. in Prag (Tschechien), 20.-25.11.2005 NRC-Canada, Institute for Biodiagnostics, Vortrag anlässlich der EMBEC’05 Konferenz Proceedings (2005) Winnipeg in Prag (Tschechien), 20.-25.11.2005 in Winnipeg (Kanada), 30.07.-07.08.2005 Proceedings (2005) Arbeitsgruppe Molekulares Zell- & Tissue VOLKE, F.: „µ-NMR and MRI Technology and IMPIDJATI, A., LEONARD, F., THIELECKE, H.: Engineering Applications, Cell-Sorting, Cryo-Conservation, „Evaluation of a Capillary Measuring System for and Drug Delivery Systems”. Characterisation of Small Tissue Samples by BALTHASAR, S., MICHAELIS, K., DINAUER, N., NRC-Canada, Institute for Biodiagnostics, Impedance Spectroscopy at higher VON BRIESEN, H., KREUTER, J., LANGER, K.: Winnipeg Frequencies”. „Preparation and Characterisation of Antibody in Winnipeg (Kanada), 30.07.-07.08.2005 Vortrag anlässlich der Int. Conf. of IEEE-EMBS Modified Gelatin Nanoparticles as Drug Carrier in Shanghai (China), 01.-04.09.2005 System for Uptake in Lymphocytes.” Proceedings 4.4.1-4 [645] (2005) Biomaterials 26, 2723-2732 (2005) Abteilung Biohybride Systeme SÜSELBECK, T., THIELECKE, H., WEINSCHENK, BARTHOLOMÄ, P., GORJUP, E., MONZ, D., Arbeitsgruppe Zell-basierte Sensorik I., REININGER-MACK, A., STIEGLITZ, T., METZ, J., REININGER-MACK, A., THIELECKE, H., & Biomonitoring BORGGREFE, M., ROBITZKI, A., HAASE, K. K.: ROBITZKI, A.: „Three Dimensional in vitro „In vivo Intravascular Electric Impedance Spec- Re-Aggregates of Embryonic Chick ANGELINI, C., ALUIGI, M. G., SGRO, M., troscopy using a New Catheter with Integrated Cardiomyocytes: A Potential Pharmacological TROMBINO, S., THIELECKE, H., FALUGI, C. „Cell Microelectrodes”. Screening Model”. Signalling during Sea Urichin Development: Basic Research in Cardiology 100, 28-34 (2005) J. Biomol. Screen., im Druck (2005) A Model for Assessing Toxicology of Environ- mental Contaminats”. SÜSELBECK, T., THIELECKE, H., KÖCHLIN, J., BARTHOLOMÄ, P., IMPIDJATI, A., REININGER- in „Echinodermata - Series: Progress in Molecu- CHO, S., WEINSCHENK, I., METZ, J., MACK, A., ZHANG, Z., THIELECKE, H., lar and Subcellular Biology - Subseries: Marine BORGGREFE, M. HAASE, K. K.: „Intravascular ROBITZKI, A.: „A More Aggressive Breast Can- Molecular Biotechnology” (ed: MATRANGA, V.), Electric Impedance Spectroscopy of Athero- cer Spheroid Model coupled to an Electronic Springer Verlag, Heidelberg, 45-70 (2005) sclerotic Lesions using a New Impedance Capillary Sensor System for a High-content Catheter System”. Screening of Cytotoxic Agents in BARTHOLOMÄ, P., IMPIDJATI, A., REININGER- Basic Research in Cardiology 100, 1435-1803 Cancer Therapy: 3-Dimensional in vitro Tumor MACK, A., ZHANG, Z., THIELECKE, H., (2005) Spheroids as a Screening Model.” ROBITZKI, A. A.: „More Aggressive Breast Can- J. Biomol. Screen., im Druck (2005) cer Spheroid Model coupled to an Electronic THIELECKE, H., IMPIDJATI, A., ZIMMERMANN, Capillary Sensor System for a High-content H., FUHR, G. R.: „Gentle Cell Handling with an BOUAZZAOUI, A., KREUTZ, M., EISERT, V., Screening of Cytotoxic Agents in Cancer Ultra-slow Instrument: Creep Manipulation of DINAUER, N., BRACHARZ, S., HEINZELMANN, Therapy: 3-Dimensional in vitro Tumor Cells”. A., HALLENBERGER, S., STRAYLE, J., Spheroids as a Screening Model”. Microsystem Technologies 11, 1230-1241 RÜBSAMEN-WAIGMANN, H., ANDREESEN, R., Journal of Biomolecular Screening, im Druck (2005) VON BRIESEN, H.: „Stimulated Trans-Acting Fac- (2005) tor of 50kD (Staf50) inhibits HIV-1 Replication in THIELECKE, H.: „Impedanzsensorik für den Human Monocyte-derived Macrophages.” BARTHOLOMÄ, P., GORJUP, E., MONZ, D., Einsatz in Kathetersystemen und Endoskopen“. J. Virol., eingereicht (2005) REININGER-MACK, A., THIELECKE, H., Vortrag anlässlich des Symposiums „Operations- ROBITZKI, A.: „Three Dimensional in vitro saal der Zukunft: Sanftes Operieren mit innova- DINAUER, N., BALTHASAR, S., WEBER, C., Re-Aggregates of Embryonic Chick Car- tiver Technologie“ in Verbindung mit dem KREUTER, J., LANGER, K., VON BRIESEN, H.: diomyocytes: A Potential Pharmacological XXXV. Kongress der DGE-BV „Selective Targeting of Antibody-conjugated Screening Model”. in Stuttgart (Baden-Württemberg), 09.03.2005 Nanoparticles to Leukemic Cells and Primary Journal of Biomolecular Screening, im Druck T-Lymphocytes. “ (2005) Biomaterials 26, 5898-5906 (2005)

Jahresbericht 2005 131 05_051349frin_GFB 29.11.2005 14:46 Uhr Seite 132

DINAUER, N., BALTHASAR, S., KREUTER, J., FEILI, D., SCHUETTLER, M., KOCH, K. P., HOFFMANN, K.-P., KOCH, K. P., DÖRGE, T.: LANGER, K., VON BRIESEN, H.: „Cell Type STIEGLITZ, T., HOFFMANN, K.-P.: „Organic Field „Schnittstelle zwischen Biologie und Technik: Specific Targeting with Antibody Modified Effect Transistors for Neural Stimulation – In Implantierbare Mikroelektroden“ Nanoparticles.” vitro Tests”. Inno, 31 Poster anlässlich der Auftaktveranstaltung zur Vortrag anlässlich der 10th Annual Conference Proceedings, 8-9 (2005) Leitinnovation NanoforLife des BMBF of the International Functional Electrical Stimu- in Dortmund (Nordrhein-Westfalen), lation Society HOFFMANN, K.-P., STIEGLITZ, T.: „Neural 26.01.2005 in Montreal (Kanada), 394-396 (2005) Interfaces to the Peripheral and Central Nervous System”. HOLZER, M., ANHORN, M., LANGER, K., FEILI, D., SCHUETTLER, M., DOERGE, T., Neurobotics KREUTER, J., VOGEL, V., MÄNTELE, W., KAMMER, S., STIEGLITZ, T.: „Encapsulation of in Lucca (Italien), 08.10.2004 ROTHWEILER, F., MICHAELIS, M., WAGNER, S., Organic Field Effect Transistors for Flexible VON BRIESEN, H., HINDEL, S., SCHWARTZ, D.: Biomedical Microimplants”. HOFFMANN, K.-P.: „Implantierbare Mikroelek- „Nanopartikuläre Arzneistoffsysteme für die Sensors and Actuators A, 120, 101-109 (2005) troden für den Einsatz in der Neuroprothetik“. gezielte Tumortherapie“. Medica Vision Posterpräsentation anlässlich des 2. BMBF GROSSE HOLTHAUS, KAMMER, S., HANAUER, in Düsseldorf (Nordrhein-Westfalen), Symposiums Nanobiotechnologie M., KOCH, K. P., HOFFMANN, K.-P.: „Investigati- 25.11.2004 in Hannover (Niedersachsen), 18.-19.10.2005 ons of Adhesion and Encapsulation Properties on Hybrid Cuff Electrodes used Materials in HOFFMANN, K.-P.: „Deutschland als technologi- SCHWEDAT, A., VON BRIESEN, H.: „Untersu- in vitro Experiments”. scher Vorreiter - Welche Innovationspotenziale chungen zum rezeptorvermittelten Transport Biomedizinische Technik, Band 50, Ergänzungs- hat die deutsche Industrie (noch) zu bieten? von Nanopartikeln mit Potenzial zum Hirn- band 1 Schwerpunkt Biotechnik und Biomedizin.“ Targeting.“ Proceedings,1563-1564 (2005) Podiumsdiskussion zur Hannovermesse Vortrag anlässlich des 7. Blut-Hirn-Schranke in Hannover (Niedersachsen), 12.04.2005 Expertentreffens HOFFMANN, K.-P., FEILI, D., RAMACHANDRAN in Bad Herrenalb (Baden-Württemberg), A., KOCH K. P.: „Development of Implantable HOFFMANN, K.-P.: „Trends in Neuroprosthetics. 02.-04.05.2005 Microelectrodes using Converging Technolo- Cognitive Technical Systems in Health and gies”. Medicine”. STIEGLITZ, T., MONZ, D., KOCH, K. P.: „Über die Biomedizinische Technik, Band 50, Ergänzungs- Pre-Symposium to BMT 2005 and ICMP 2005 Zell-Material-Schnittstelle von Neuroprothesen". band 1 in Nürnberg (Bayern), 12.-13.09.2005 MP Materialprüfung, Heft 3, 101-105 (2004) Proceedings, 1557-1558 (2005) JOSEPH, C., MEYER, C., SCHWEIGMANN, M., VON BRIESEN, H.: „Controlled Release of HOFFMANN, K.-P., KOCH, K. P., STIEGLITZ, T.: RUFF, R., KOCH, K. P.: „Simulation and in vitro Antiretrovirals.“ „Implantable Microelectrodes as an Interface to Investigations of the Penetration Behaviour of J. Pharma. Pharmacol. 57 (Supplement), 111 the Peripheral Nervous System”. Flexible Microelectrodes into Neural Tissue”. (2005) Biomedizinische Technik, Band 50, Ergänzungs- Biomedizinische Technik, Band 50, Ergänzungs- band 1 band 1 VON BRIESEN, H.: „Drug Targeting of Antiviral Proceedings, 844-845 (2005) Proceedings, 1565-1566 (2005) Compounds using Nanoparticles”. Vortrag als invited speaker anlässlich der 142nd HOFFMANN, K.-P.: „Neuroprothetics: A KOCH, K. P.:„Application and Construction of British Pharmaceutical Conference (BPC) Comprehensive Study of the Initiative Micro Microimplants in Neuroprosthetic”. in Manchester (Großbritannien), 26.-28.09.2005 Medicine for an Emerging Application Field”. Vortrag anlässlich des Heraeus Workshops: Biomedizinische Technik, Band 50, Ergänzungs- Medicine Technology band 1 in Hanau (Hessen), 02.05.2005 Abteilung Medizintechnik Proceedings, 804-805 (2005) & Neuroprothetik KOCH, K. P., KAMMER, S., BOEHLER, G., HOFFMANN, K.-P.: „Converging Technologies in HANAUER, M., HOFFMANN, K. P.: „Hybrid Cuff FEILI, D., KOCH, K. P., HOFFMANN, K.-P.: „Deve- Education“. Electrode for Recording Nerve Signals from lopment of Low-Cost all Polymer Microelectro- Biomedizinische Technik, Band 50, Ergänzungs- Sacral Nerves“. des for Use in Neural Prosthetics Application”. band 1 Biomedizinische Technik, Band 50, Ergänzungs- Biomedizinische Technik, Band 50, Ergänzungs- Proceedings, 683-684 (2005) band 1 band 1 Proceedings, 82-83 (2005) Proceedings, 1531-1532 (2005) HOFFMANN, K.-P., KOCH, K. P., RUFF, R.: „Development of a Measurement Device to KOCH, K. P., SCHOLZ, O., KIEFER, S.: „Modula- FEILI, D., SCHÜTTLER, M., KOCH, K. P., characterise Surface Electrodes for a 24-7 Moni- res Implantatekonzept“. STIEGLITZ, T., HOFFMANN, K.-P.: „Organic Field toring”. Vortrag anlässlich des Würzburger Medizin- Effect Transistors for Neural Stimulation – In vivo Biomedizinische Technik, Band 50, Ergänzungs- technik Kongresses, 09.-11.05.2005 Tests”. band 1 Proceedings, 308-310 (2005) Vortrag anlässlich der 10th Annual Conference Proceedings, 437-438 (2005) of the International Functional Electrical Stimu- KOCH, K.-P.: „Microfabrication of Neuro- lation Society HOFFMANN, K.-P., DEHM, J. (Hrsg.): „VDE- prostheses“. in Montreal (Kanada), 397-399, Juli 2005 Studie zum Anwendungsfeld Neuroprothetik“, Biomedizinische Technik, Band 50, Ergänzungs- VDE Frankfurt (Hessen), 2005 band 1 Proceedings, 810-811 (2005)

132 Jahresbericht 2005 05_051349frin_GFB 29.11.2005 14:46 Uhr Seite 133

KRUEGER, T. B., BECKER, S., HOFFMANN, K.-P., Abteilung Molekulare Bioanalytik Arbeitsgruppe Biosensorik STIEGLITZ, T.: „Testing Procedures for Safe Cell & Bioelektronik Stimulation Parameters with Microelectrodes ANDRESEN, H., ZARSE, K., GRÖTZINGER, C., using Living Cells”. BIER, F. F: „Biochips erobern den Markt“. BIRRINGER, M., KREUZER, O.J., EHRENTREICH- Vortrag anlässlich der 10th Annual Conference Vortrag anlässlich der Übergabe des Leucht- FÖRSTER, E., BIER, F. F.: „Detection of Anti- of the International Functional Electrical Stimu- turmprojektes „BioHyTec-Onkochip“ bodies against Viral Antigens by Peptide Chips“. lation Society in Berlin (Berlin), 04.02.2005 Poster anlässlich des Deutschen Biosensor in Montreal (Kanada), 358-360 (2005) Symposiums BIER, F. F.: „Biochips and BioMEMS for Analysis in Regensburg (Bayern), 13.-16.03.2005 KRUEGER, T. B., LIMBERGER, A., MENGER, M. and Medical Diagnostics“. D., SCHILLING, M. K., LOEW, T., STIEGLITZ, T., Vortrag anlässlich der „µ-sys Microsystems GAJOVIC-EICHELMANN, N., BIER, F. F.: „Novel

HOFFMANN, K. P.: „Telemetric Long-term Technology Solution for the Market“ Electrochemical Assay for H2O2 Determination in Monitoring and Intraoperative Optical Surveil- in Berlin (Berlin), 07.-08.03.2005 Aqueous Solutions: A non Time-critical Method

lance of Motility in the Small Intestine”. for H2O2 Trace Level Detection". Biomedizinische Technik, Band 50, Ergänzungs- BIER, F. F.: „Biochips und Nanobiotechnologie Electroanalysis 17, 1043-1050 (2005) band 1 für Analytik und molekulare Diagnostik“. Proceedings, 582-583 (2005) Vortrag anlässlich des Deutschen Biosensor GAJOVIC-EICHELMANN, N., NAGEL, T., BIER, Symposiums F. F.: „Ultradünne elektropolymerisierte Sensor- RAMACHANDRAN, A., SACRISTAN, J., LAGO, in Regensburg (Bayern), 13.-16.03.2005 schichten für Proteinarrays und Biosensoren“. N., DÖRGE, T., NAVARRO, X., OSÉS, M. T., Poster anlässlich des Deutschen Biosensor KOCH, K. P., HOFFMANN, K.-P.: „Multipolar BIER, F. F.: „Biochips and BioMEMS for Analysis Symposiums Cuff Electrodes with Integrated Pre-amplifier & and Medical Diagnostics“. in Regensburg (Bayern), 13.-16.03.2005 Filter to Interface Peripheral Nerves for FES”. Vortrag anlässlich der International Conference Vortrag anlässlich der 10th Annual Conference on Ceramic Interconnect and Ceramic Micro- NAGEL, T., HEISE, C., EHRENTREICH-FÖRSTER, of the International Functional Electrical Stimu- system Technologies (CICMT) – Industrial E., SINGH, M., BIER, F. F.: „Label-free Detection lation Society Workshop of Tuberculosis Infection in Blood Serum“. in Montreal (Kanada), 179-179, Juli 2005 in Baltimore (USA), 12.04.2005 Vortrag anlässlich des Deutschen Biosensor Symposiums RAMACHANDRAN, A., KAMMER, S., BIER, F. F: „Biochips for Medical Diagnostics“. in Regensburg (Bayern), 13.-16.03.2005 HANAUER, M., KOCH, K. P., HOFFMANN, K.-P.: Vortrag anlässlich des Kolloquiums des Instituts „Trends in Process Optimisation of Polyimide- für Halbleiterphysik (IHP) NAGEL, T., GAJOVIC-EICHELMANN, N., DANZ, based Microdevices for Implantable Neuro- in Frankfurt/Oder (Brandenburg), 25.05.2005 N., BIER, F. F.: „A New Polymer Coating for prosthetic Application“. SPR-Chips“. Biomedizinische Technik, Band 50, Ergänzungs- BIER, F. F.: „Why is Nanotechnology Future Poster anlässlich der GBM Tagung, DOI: band 1 Technology for Life Sciences?“. 10.1240/sav_gbm_2005_h_001331 Proceedings, 1559-1560 (2005) Vortrag anlässlich der CellPROM Summer School in Berlin (Berlin), 18.-21.09.2005 in Barcelona (Spanien), 13.-15.06.2005 SCHUETTLER, M., DOERGE, T., WIEN, S. L., PFEIFER, R., GAJOVIC-EICHELMANN, N., BIER, BECKER, S., STAIGER, A., HANAUER, M., BIER, F. F.: „Immobilisation of Macromolecules“. F. F.: „Novel Electrochemical Flow-Immunoassay KAMMER, S., STIEGLITZ, T.: „Cytotoxicity of Vortrag anlässlich der CellPROM Summer School for HCG“. Platinum Black.” in Barcelona (Spanien), 13.-15.06.2005 Poster anlässlich der GBM Tagung, DOI: Vortrag anlässlich der 10th Annual Conference 10.1240/sav_gmb_2005_h_001415 of the International Functional Electrical Stimu- BIER, F. F., EHRENTREICH-FÖRSTER, E., GAJOVIC- in Berlin (Berlin), 18.-21.09.2005 lation Society EICHELMANN, N.: „Biosensoren und Biochip – in Montreal (Kanada), 343-348, Juli 2005 Analytik mit immobilisierten Molekülen“. REISS, E., HENKEL, J., EHRENTREICH-FÖRSTER, Vortrag anlässlich des 2. Jenaer Technologietags E., BIER, F. F.: „Spottingmethoden auf dem STIEGLITZ, T., MONZ, D., KOCH, K. P.: „Über die in Jena (Thüringen) 12.09.2005 Prüfstand – Qualitätsmerkmale und Qualitäts- Zell-Material-Schnittstelle von Neuroprothesen“. kontrolle für die Herstellung von Mikroarrays“. Materialprüfung 47, 101-105 (2005) BIER, F. F.: „Microsystems in Biotechnology“. Poster anlässlich des Deutschen Biosensor Artikel in der mstnews, S I/05 – März 2005, 22 Symposiums STIEGLITZ, T., KOCH, K. P., SCHUETTLER, M.: (2005) in Regensburg (Bayern), 13.-16.03.2005 „Flexible, Polyimide-based Modular Implantable Biomedical Microsystems for Neural GAJOVIC-EICHELMANN, N., BIER, F. F.: ZARSE, K., ANDRESEN, H., GRÖTZINGER, C., Prostheses”. „Nanobiotechnologie“. KREUZER, O. J., HOLLIDT, J. M., EHRENTREICH- IEEE Engineering in Medicine and Biology In: Handbuch Biotechnologie (Herausg. Franken, FÖRSTER, E., BIER, F. F.: „Peptide Microarrays for Magazine Kroth, Lippert, Peine, Ratzel), Economica Verlag, the Identification of Immunodominant Epitopes Proceedings (2005), in press Heidelberg, CV3510 S.1-28 (2005) in Autoimmune Diseases“. Poster anlässlich des Deutschen Biosensor SUESSELBECK, T., THIELECKE, H., WEINSCHENK, Symposiums I., REININGER-MACK, A., STIEGLITZ, T.: „In vivo in Regensburg (Bayern), 13.-16.03.2005 Intravascular Electric Impedance Spectroscopy using a New Catheter with Integrated Micro- electrodes”. Basic Res Cardiol 100, 28-34 (2005)

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Arbeitsgruppe Nanobiotechnologie STEFFEN, J., VON NICKISCH-ROSENEGK, M., ANDRESEN, H., ZARSE, K., GRÖTZINGER, C., BIER, F. F.: „In vitro Transcription of a Whole KREUZER, O. J., HOLLIDT, J. M., EHRENTREICH- BIER, F. F.: „Nanobiotechnological Signal Gene on a Surface-coupled Template“. FÖRSTER, E., BIER, F. F.: „Miniaturized Multiple- Transduction“. Lab Chip, 5, 665-668 (2005) xed Immunoassays for Antibody Detection and Vortrag anlässlich des Symposiums „From Characterization with Peptide Microarrays“. inorganic-organic hybrid materials to technical- STEFFEN, J., VON NICKISCH-ROSENEGK, M., Poster anlässlich der GBM Tagung, DOI: biological hybrid devices“ BIER, F. F.: „RNA- und Proteinsynthese auf 10.1240/sav_gbm_2005_h_001414 in Delmenhorst (Niedersachsen), Oberflächen“. in Berlin (Berlin), 18.-21.09.2005 01.-02.07.2005 Online-Veröffentlichung in der Aktuellen Wochenschau der GDCh Fachgruppe Analyti- ANDRESEN, D., VON NICKISCH-ROSENEGK, M., GORIS, T., VON NICKISCH-ROSENEGK, M., BIER, sche Chemie, http://www.aktuelle- BIER, F. F., KUHN, M.:„Development of a DNA- F. F.: „Construction of cDNA Templates as a wochenschau.de/woche37/woche37.html Chip for Detection of Pathogens in Poultry“. Basis for Homologous and Linear Amplification Poster anlässlich der GBM Tagung of RNA“. TESCHKE, T., VON NICKISCH-ROSENEGK, M., in Berlin (Berlin), 18.-21.09.2005 Poster anlässlich der GBM Tagung, DOI: BIER, F. F.: „A Plasma Membrane Anchor for 10.1240/sav_gmb_2005_h_001342 extracellularly Expressed Proteins“ ANDRESEN, H., GRÖTZINGER, C., ZARSE, K., in Berlin (Berlin), 18.-21.09.2005 Poster anlässlich der GBM Tagung, DOI: BIRRINGER, M., HESSENIUS, C., KREUZER, O. J., 10.1240/sav_gmb_2005_h_001336 EHRENTREICH-FÖRSTER, E., BIER, F. F.: „Peptide HÖLZEL, R.: „Detection System for Cellular in Berlin (Berlin), 18.-21.09.2005 Microarrays with site-specifically Immobilized Coherent Vibrations“. Synthetic Peptides for Antibody Diagnostics“. Vortrag anlässlich des Symposiums „Coherence VON NICKISCH-ROSENEGK, M., BIER, F. F.: Sensors & Actuators B Chemical, in press and electromagnetic fields in biological „Synthetic Zinc Fingers as Probes to Double- systems“ in Prag (Tschechien), 01.-04.07.2005 stranded DNA“. EHRENTREICH-FÖRSTER, E.: „Möglichkeiten zur Abstract Book, 86 (2005) Poster anlässlich der NanoBionics III Konferenz Herstellung von Arrays unterschiedlicher in Marburg (Hessen), 04.-08.04.2005 Formen“. HÖLZEL, R., CALANDER, N., CHIRAGWANDI, Z., Vortrag anlässlich des GeSim-Anwender- WILLANDER, M., BIER, F. F.: „Trapping Single VON NICKISCH-ROSENEGK, M.: „On-chip PCR seminars Molecules by Dieelectrophoresis“. Amplification of very Long Templates using in Großerkmannsdorf (Sachsen), Physical Review Letters, 95: 128102 (2005) Immobilized Primers on Glassy Surfaces“. 05.-06.04.2005 Biosensors and Bioelectronics, 20, 1491-1498 MARSCHAN, X., VON NICKISCH-ROSENEGK, (2005) HENKEL, J., EHRENTREICH-FÖRSTER, E., BIER, M., BIER, F. F.: „Integration of the One-Step F. F.: „Chip-based Immunoassays for Diagnostic Reverse Transcription PCR by On-Chip-PCR on VON NICKISCH-ROSENEGK, M., EHRENTREICH- of Autoimmmune Antibodies as an Alternative Oligonucleotide-based Microarrays“. FÖRSTER, E., STREHLOW, R., CHRISTMANN, A., to Cell-based Bioassays“. Poster anlässlich der GBM Tagung, DOI: BIER, F. F.: „Chemically Synthesized Zinc Finger Poster anlässlich der GBM-Tagung, DOI: 10.1240/sav_gbm_2005_h_000784 Molecules as Nano-addressable Probes for 10.1240/sav_gmb_2005_h_001393 in Berlin (Berlin), 18.-21.09.2005 Double-stranded DNAs“. in Berlin (Berlin), 18.-21.09.2005 Journal Nanobiotechnology 29; 3(1):5 (2005) MARSCHAN, X., VON NICKISCH-ROSENEGK, MÜNCH, Y., EHRENTREICH-FÖRSTER, E., M., BIER F. F.: „Integration of the One-Step HENKEL, J., BIER, F. F.: „Development of a Reverse Transcription PCR by On-Chip-PCR on Arbeitsgruppe Biochiptechnologie Protein Chip for the Detection of antigliadin Oligonucleotide-based Microarrays“. Autoimmune Antibodies“. Journal Molecular Biology (submitted) ANDRESEN, H.: „Development of Peptide Chips Poster anlässlich der GBM-Tagung, DOI: for Biomedical Applications“. 10.1240/sav_gbm_2005_h_001417 REISS, E., HÖLZEL, R., VON NICKISCH- Poster anlässlich des Statusseminars der in Berlin (Berlin), 18.-21.09.2005 ROSENEGK, M., BIER, F. F.: „Directed Single- DECHEMA „Chiptechnologien: Technologien stranded DNA-Synthesis via Rolling Circle Ampli- und Anwendungen“ NAGEL, T., GAJOVIC-EICHELMANN, N., DANZ, fication in an Alternating Electric fFeld“. in Frankfurt a.M. (Hessen), 03.-04.02.2005 N., BIER, F. F.: „ A New Polymer Coating for Poster anlässlich der GBM Tagung, DOI: SPR-Chips“. 10.1240/sav_gbm_2005_h_001337 ANDRESEN, D.: „Development of Multiplex Poster anlässlich des 5. International in Berlin (Berlin), 18.-21.09.2005 On-chip-PCR and their Use in Diagnostic Symposiums on Advanced Organic Photonics Applications“. in Jena (Thüringen), 13.-14.10.2005 STEFFEN, J., VON NICKISCH-ROSENEGK, M., Poster anlässlich des Statusseminar der BIER, F. F.: „In vitro Transcription of a Whole DECHEMA „Chiptechnologien: Technologien Gene on a Surface-coupled Template“. und Anwendungen“ Poster anlässlich des 56. Mosbacher in Frankfurt a.M. (Hessen), 03.-04.02.2005 Kolloquiums in Mosbach (Baden-Württemberg), ANDRESEN, H., ZARSE, K., GRÖTZINGER, C., 30.03.-02.04.2005 BIRRINGER, M., KREUZER, O.J., EHRENTREICH- FÖRSTER, E., BIER, F. F.: „Development of STEFFEN, J., VON NICKISCH-ROSENEGK, M., Peptide Chips for Biomedical Applications“. BIER, F. F.: „In vitro Transcription of a Whole Poster anlässlich des Kongresses Screening Gene on a Surface-coupled Template“. Europe Poster anlässlich der GBM Tagung, DOI: in Genf (Schweiz), 13.-15.02.2005 10.1240/sav_gbm_2005_h_001332 in Berlin (Berlin), 18.-21.09.2005

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Abteilung Zelluläre Biotechnologie Arbeitsgruppe Lab-On-Chip-Technologie STUKE, M., MÜLLER, K., MÜLLER, T., & Biochips, Berlin HAGEDORN, R., JÄGER, M., FUHR, G. R.: BAKER, A., LANAGAN, M., RANDALL, C., „Laser-direct-write Creation of Three- DUSCHL, C.: „Offene Fragen der Biophysik - SEMOUCHKINA, E., SEMOUCHKIN, G., RAJAD, dimensional OREST Microcages for Contact-free Neue Felder der Biotechnologie“. K., MITTRA, R., EITEL, R., RHEE, S., GEGGIER, P., Trapping, Handling and Transfer of small Vortrag im Rahmen der Ringvorlesung „Biophy- DUSCHL, C., FUHR, G. R.: „Integration Con- Polarizable Neutral Objects in Solution“. sik im Überblick“ am Institut für Biologie der cepts for the Fabrication of LTCC Structures“. Appl. Phys. A 81 (2005), 915-922. http:// Humboldt-Universität zu Berlin Int. J. Appl. Ceram. Technol. (2005), eingereicht www.springerlink.com/app/home/content.asp? in Berlin (Berlin), 05.01.2005 wasp=5406f9798d884673a3ade19bedd5592c FELTEN, M., GEGGIER, P., JÄGER, M., DUSCHL, &referrer=contribution&format=2&page=1&pag DUSCHL, C.: „Devices for the Manipulation and C.: „Controlling Electrohydrodynamic Pumping ecount=8 Analysis of Cells and Biological Particles”. in Microchannels through defined Temperature Vortrag anlässlich des Besuches der Laser- und Fields“. Medizin-Technologie GmbH Appl. Phys. Lett. (2005), eingereicht Arbeitsgruppe Zell-Assay-Entwicklung in Berlin (Berlin), 12.01.2005 FELTEN, M., GEGGIER, P., JÄGER, M., STUKE, JOOS, U., BISKUP, T., ERNST, O., WESTPHAL, I., DUSCHL, C.: „Devices for the Manipulation and M.: „Controlling Electrohydrodynamic Pumping GHERASIM, C., SCHMIDT, R., EDINGER, R., Analysis of Cells and Biological Particles”. in Microchannels through defined Temperature PILARCZYK, G., DUSCHL, C.: „Fibroblast Vortrag anlässlich des Besuchs des Deutschen Fields“. Adhesion on Structured Surfaces using TIRF and Rheuma-Forschungszentrums Vortrag anlässlich des Workshops DFG-SPP Confocal Microscopy”. in Berlin (Berlin), 03.05.2005 1164: Nano- und Mikrofluidik Vortrag und Poster anlässlich des Adhesion in Bad Honnef (Nordrhein-Westfalen), Meeting 2005, Biology Department II, LMU DUSCHL, C.: „Projekte am Fraunhofer-Institut 18.08.2005 in München (Bayern), 28.-30.04.2005 für Biomedizinische Technik”. Erwähnung im EMBO Review über das Meeting, Vortrag anlässlich des Besuchs des Fraunhofer- FELTEN, M., DUSCHL, C., JÄGER, M., GEGGIER, 1. Preis im Posterwettbewerb Instituts für Toxikologie und Experimentelle P., STUKE, M.: „Electrohydrodynamic Pumping Medizin (ITEM) of Fluids in Microchannels“. JOOS, U., BISKUP, T., ERNST, O., WESTPHAL, I., in Hannover (Niedersachsen), 11.05.2005 Poster beim Workshop DFG-SPP 1164: GHERASIM, C., SCHMIDT, R., EDINGER, R., Nano- und Mikrofluidik PILARCZYK, G., DUSCHL, C.: „Investigation of DUSCHL, C.: „Mikrosystem- und Nanotechnolo- in Bad Honnef (Nordrhein-Westfalen), Cell Adhesion on Structured Surfaces using TIRF gie in der Medizin und der Biotechnologie”. 17.-19.08.2005 and CLS Microscopy”. Vortrag anlässlich des “Tags der offenen Tür im Eur J Cell Biol Sonderband (2005), in press nanoTruck”, Fachhochschule München GAST, F.-U., DITTRICH, P. S., SCHWILLE, P., in München (Bayern), 08.06.2005 WEIGEL, M., MERTIG, M., OPITZ, J., QUEITSCH, U., DIEZ, S., LINCOLN, B., WOTTAWAH, F., Arbeitsgruppe Extremophilenforschung DUSCHL, C.: „Devices for the Manipulation and SCHINKINGER, S., GUCK, J., KÄS, J., SMOLINS- Analysis of Cells and Biological Particles”. KI, J., SALCHERT, K., WERNER, C., DUSCHL, C., LEYA, T.: „Schneealgen aus Spitzbergen: Vom Vortrag anlässlich des Besuchs des Lehrstuhls für JÄGER, M., UHLIG, K., GEGGIER, P., HOWITZ, S.: Feld in den Bioreaktor. - Zur Nutzbarkeit kryo- Angewandte Physik/Biophysik der Ludwig- „The Microscopy Cell (MicCellTM), a Versatile philer Mikroalgen in der Biotechnologie“. Maximilians-Universität München Modular Flow-through System for Cell Biology, Vortrag im Rahmen des Institutskolloquiums am in München (Bayern), 03.06.2005 Biomaterial Research, and Nanotechnology“. Institut für Polarökologie der Universität Kiel Microfluidics and Nanofluidics (2005) http:// in Kiel (Schleswig-Holstein), 10.01.2005 DUSCHL, C., JÄGER, M., MARSCHNER, C., www.springerlink.com/app/home/content.asp? BÖTTCHER, M., GEGGIER, P., MÜLLER, T., wasp=89b2f8c0cd044ea49e7b7c6679847e8b& LEYA, T.: „Vom Feld in den Bioreaktor: SCHNELLE, T.: „Dielectrophoresis and Micro- referrer=contribution&format=2&page=1&page Psychrophile und mesophile Schneealgen als fluidics: Key Methods for Modern Cellular count=16 Bioressource“. Biotechnology”. Vortrag anlässlich der 10. Wissenschaftlichen Vortrag anlässlich des Mikrosystemtechnik JÄGER, M., GEGGIER, P., MARSCHNER, C., Tagung der Sektion Phykologie in der Deutschen Kongress 2005 BÖTTCHER, M., FELTEN, M., DUSCHL, C.: Botanischen Gesellschaft, Haus Marienhof in Freiburg (Baden-Württtemberg), 12.10.2005 „Stress-free Processing of Cells in Multilaminar in Königswinter (Bayern), 03.-06.04.2005. Flow Systems“. DUSCHL, C.: „Devices for the Manipulation and Vortrag anlässlich der 14. International LEYA, T.: „From the Field into the Bioreactor: Analysis of Cells and Biological Particles”. Conference on Medical Physics (ICMP2005) Psychrophilic and Mesophilic Snow Algae as Vortrag anlässlich des Besuchs des Centre Suisse in Nürnberg (Bayern), 14.09.2005 Bioresources for Different Secondary Meta- d'Electronique et de Microtechnique SA - CSEM bolites“. in Neuchâtel (Schweiz), 13.10.2005 FELTEN, M., GEGGIER, P., DUSCHL, C.: Vortrag anlässlich des 6th European Workshop „Nutzung hochfrequenter wandernder Wellen on Micro Algal Biotechnology, Institut für zur Strömungsinduktion in Mikrokanälen“. Getreideverarbeitung Vortrag anlässlich des Mikrosystemtechnik in Nuthetal (Brandenburg), 23.-25.06.2005 Kongress 2005 in Freiburg (Baden-Württtemberg), 12.10.2005

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Arbeitsgruppe Zelldifferenzierung KRUSE, C., MAASS, A., ASSMUTH, K., BLANKE, FEDERSPIL, P. A., TRETBAR, S. H., HENRICH, D.: & Zelltechnologie S., WEDEL, T.: „Differentiation of Adult „Robotergestützte Navigation beim Fräsen an Pancreatic Stem Cells can be induced.” der lateralen Schädelbasis“. KRUSE, C.: „Buchbesprechung - Kursad Poster anlässlich des 2. Weltkongress für Vortrag anlässlich des Workshops des DFG- Turksen, Adult Stem Cells, Humana Press.” regenerative Medizin Schwerpunktprogramms 1124, Ann. Anatomy 187, 224 (2005) in Leipzig (Sachsen), 18.-20.05.2005 in Lübeck (Schleswig-Holstein), 26.04.2005

KRAMER, J., KLINGER, M., KRUSE, C., FAZA, M., KRUSE, C.: „Isolated Stem Cells from Exocrine FEDERSPIL, P. A., TRETBAR, S. H., PLINKERT, HARGUSS, G., ROHWEDEL, J.: „Ultrastructural Glands.” P. K.: „Increase the Accuracy in Navigated Analysis of Mouse Embryonic Stem Cell-derived Vortrag anlässlich des 2. Weltkongress für Surgery by in situ Measurement of Individual Chondrocytes.” regenerative Medizin Sound Velocity in Skull Bone”. Anat. Embryol. (Berlin), (2005), in press in Leipzig (Sachsen), 18.-20.05.2005 Vortrag auf der 4. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Computer- und Roboter- ASSMUTH, K., MAASS, A., WEDEL, T., KRUSE, KRUSE, C.: „Untersuchungen pankreatischer Assistierte Chirurgie CURAC C.: „Adult Stem Cells can be isolated from Stamm-/Progenitorzellen.” in Berlin (Berlin), 22.-24.09.2005 Human and Rat Pancreas.” Vortrag vor dem Rotary-Club Lübeck Int. J. Artif. Organs 28, 358 (Abstract), (2005) in Lübeck (Schleswig-Holstein), 23.06.2005 HÄCKES, S., TRETBAR, S. H., HEWENER, H., LEMOR, R. M.: „Automatic Detection of anato- KRUSE, C., MAASS, A., ASSMUTH, K., BLANKE, KRUSE, C.: „Exocrine Glands as a Source for micaly relevant Structures for Orthopaedia using S., WEDEL, T.: „Differentiation of Adult Stem/Progenitor Cells.” Model-based Algorithms in Ultrasound Volume Pancreatic Stem Cells can be induced.” Vortrag anlässlich der 3rd Baltic Stem Cell Data”. Int. J. Artif. Organs 28, 392 (Abstract), (2005) Conference Vortrag anlässlich des 39th Annual Congress of in Heiligendamm (Mecklenburg-Vorpommern), the German Society for Biomedical Engineering, MAASS, A., ROHWEDEL, J., WEDEL, T., KRUSE, 22.-25.08.2005 BMT 2005, Congress Center C.: „Characterization of Adult Stem Cells in Nürnberg (Bayern), 14.-17.09.2005 derived from Rat Pancreas.” Int. J. Artif. Organs 28, 397 (Abstract), (2005) Abteilung Ultraschall LEMOR, R. M.: „Ultraschallgestütztes Thermo- monitoring der In-situ-Ablation an der KRUSE, C.: „Eigenschaften adulter Stamm- Arbeitsgruppe Schweineleber in vivo“. zellisolate aus dem exokrinen Gewebe des Ultraschall-Systementwicklung Vortrag anlässlich des 8. Workshops der Chirur- Pankreas.” gischen Forschung der Chirurgischen Klinik I, Vortrag anlässlich der Einweihung der NIEDERHAUSER, J. J., JAEGER, M., LEMOR, Charité - Universitätsmedizin Berlin Fraunhofer IBMT Arbeitsgruppe an der R. M., WEBER, P. K., FRENZEN, M.: in Berlin (Berlin), 04.-05.02.2005 Universität zu Lübeck „Combined Ultrasound and Optoacoustic in Lübeck (Schleswig-Holstein), 08.11.2004 System for Real-time High-contrast Vascular LEMOR, R. M., TRETBAR, S. H., HEWENER, H., Imaging in vivo”. GÜNTHER, C.: „Ultrasound Imaging – KRUSE, C.: „Differenzierungsfähigkeit IEEE Transactions on Medical Imaging, Vol. 24, Diagnosis, Navigation and Therapy Control“. pankreatischer Stammzellen.” No 4, 436-440, April 2005 Vortrag anlässlich der 69. Jahrestagung der Vortrag im Rahmen der physiologischen Deutschen Physikalischen Gesellschaft Kolloquien, Universität zu Lübeck WEBER, P. K., DEGEL C.: „Ultrasonic Probes for in Berlin (Berlin), 04.-09.03.2005 in Lübeck (Schleswig-Holstein), 14.01.05 Biomedical Applications – Materials, Manufacturing and Constraints”. LEMOR, R. M., TRETBAR, S. H., HEWENER, H., KRUSE, C.: „Untersuchungen zur Differenzie- Invited Talk, Workshop on Electroactive GÜNTER, C., SCHWARZENBARTH, K., rungsfähigkeit pankreatischer Stamm-/Progeni- Materials and Sustainable Growth RITZ, J.-P., LEHMANN, K.: „An Ultrasound-based torzellen.” in Abbaye Les Vaux de Cernay, (Frankreich), System for Navigation and Therapy Control of Vortrag anlässlich des Besuchs der Bundes- Mai 2005 Thermal Tumor Therapies”. ministerin Bulmahn und der Landesministerin Vortrag anlässlich der Acoustical Imaging 28 Erdsiek-Rave WEBER, P. K., POTAPOV, V. M.: „Automated in San Diego, (Kalifornien, USA), in Lübeck (Schleswig-Holstein), 24.01.2005 Ultrasonic Inspection of Elongated Structures 20.-23.03.2005 and Pipes made of Concrete”. KRUSE, C.: „Möglichkeiten der Nutzung Invited Talk, International Scientific Practical LEMOR, R. M.: „Ultrasound in Biomedical pankreatischer Stammzellen.” Conference Research“. Vortrag im Rahmen der in St. Petersburg (Russland), 30.05-03.06.2005 Vortrag anlässlich des Seminars für Mikro- und pharmakologischen/toxikologischen Kolloquien Nanosysteme, Eidgenössische Technische an der Universität zu Lübeck Hochschule Zürich in Lübeck (Schleswig-Holstein), 25.02.2005 Arbeitsgruppe Biomedizinische in Zürich (Schweiz), 22.04.2005 Ultraschallforschung ASSMUTH, K., MAASS, A., WEDEL, T., KRUSE, LEMOR, R. M.: „Von einzelnen Zellen zu ganzen C.: „Adult Stem Cells can be isolated from BRAND, S., WEISS, E. C., CZARNOTA, G., Organen, akustische Mikroskopie zur Untersu- Human and Rat Pancreas.” LEMOR, R. M., KOLIOS, M. C.: „Visualization of chung biologischer Gewebe“. Poster anlässlich des 2. Weltkongress für Apoptotic Cells using Scanning Acoustic Vortrag anlässlich des wissenschaftlichen regenerative Medizin Microscopy“. Kolloquiums des Universitätszentrums Medizin- in Leipzig (Sachsen), 18.-20.05.2005 Vortrag anlässlich des IEEE International technik, Ruhr Universität Bochum Ultrasonics Symposium 2005 in Bochum (Nordrhein-Westfalen), 25.05.2005 in Rotterdam (Niederlande), 18.-21.09.2005

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LEMOR, R. M., TRETBAR, S. H., HEWENER, H., Arbeitsgruppe Sensorfertigung BRESSER, B., PAUL, V.: „Auswirkungen der GÜNTHER, C., SCHWARZENBARTH K., Ergebnisse des Forschungsprojekts des BMGS RITZ, J.-P.: „Navigation and Therapy Control of TIEFENSEE F.: „Ultrasound Technology at IBMT – auf die Infrastruktur von PaDok/D2D”. Thermal Tumor Therapies - an Ultrasound-based from Prototyp to Product”. Vortrag anlässlich des D2D-Workshops der KV Integrated System”. Vortrag anlässlich des 2. Saar-Lor-Lux Forums on Nordrhein Vortrag anlässlich des 19th International Nanotechnology, in Düsseldorf (Nordrhein-Westfalen), Congress and Exhibition Computer Assisted New Materials and Coatings 15.-16.09.2005 Radiology and Surgery in Metz, (Frankreich), 09.-10.06.2005 in Berlin (Berlin), 22.-25.06.2005 HUJARA, M., WEBER, G., PAUL, V.: „Warten auf die Wunderkarte – Die Gesundheitsakte von LEMOR, R. M., TRETBAR, S. H., HEWENER, H., Arbeitsgruppe Computerunterstützte careon.de im Spiegel der Lösungsarchitektur“. HÄCKES, S., GÜNTHER, C., LEHMANN, K., Simulationen Health & Sales, Journal für den Außendienst im RITZ, J.-P.: „SonoPilot® –thermo – An Integra- Gesundheitsmarkt, Heft 7, 34-39, Juli 2005 ted System for controlling Thermal Therapies SCHMITT, D., REIMANN-ZAWADZKI, M., FUHR, with Ultrasound“. G. R.: KIEFER, S.: „TOPCARE - An e-Home Care Poster anlässlich des 39th Annual Congress of „CellPROM - Bridging the Gap between Macro Platform for Cooperative Healthcare Provider the German Society for Biomedical Engineering, and Nano”. Networks”. BMT 2005, Congress Center Vortrag im Rahmen des Koreanisch-Deutschen Eingeladener Vortrag anlässlich der 12th Annual in Nürnberg (Bayern), 14.-17.09.2005 Symposiums am KIST Europe Medical Device Technology Exhibition and in Saarbrücken (Saarland), 29.04.2005 Conference MDT 2005 LEMOR, R. M.: „Ultraschallbasierte Planung, in Birmingham (UK), 16.-17.02.2005 Navigation und Therapiekontrolle thermischer Therapien – ein integriertes Gesamtkonzept, Arbeitsgruppe Medizin-Telematik KIEFER, S., SACHPAZIDIS, I.: „Telemedicine for Ultrasound-based Planning, Navigation and Rural and Remote Regions, Optimizing Health Control of Thermal Therapies - An Integrated ALI, S., KIEFER, S.: „Architecting Disparate Care Resources by Telehealth Platforms, an Concept“. eHealth-Systems interoperable through Web Example from Latin-America”. Eingeladener Vortrag anlässlich der EUROSON Services“ Vortrag anlässlich der International Conference 2005 Vortrag anlässlich der Med-e-Tel 2005 on Advanced Information and Telemedicine in Genf (Schweiz), 25.-28.09.2005 Conference for eHealth and Telemedicine Technologies for Health AITTH 2005 in Luxemburg (Luxemburg), 06.-08.04.2005 in Minsk (Weißrussland), 8.-10.11.2005 LEMOR, R. M., TRETBAR, S. H., HEWENER, H., HÄCKES, S., GÜNTHER, C., LEHMANN, K., ALI, S., KIEFER, S.: „Enhancing the Interoperabi- PAUL, V., BRESSER, B.: „DALE-UV mit RITZ, J.-P.: „SONOPILOT®-THERMO - An lity of Disparate eHealth Systems by Web PaDok/D2D“. Ultrasound-based Integrated System for Services“. Vortrag anlässlich des D2D-Workshops der KV Navigation and Therapy Control of Thermal Vortrag anlässlich der 39. DGBMT Jahrestagung Nordrhein Ablation Therapies”. ICMP/BMT2005 in Düsseldorf (Nordrhein-Westfalen), Vortrag anlässlich des Radiological Society of in Nürnberg (Bayern), 14.-17.09.2005 24.01.2005 Northern America Interventional Oncology Symposium 2005 BRESSER, B., PAUL, V.: „VPN mit PaDok – Stand PAUL, V., BRESSER, B.: „Zukünftige Entwicklung in Chicago (USA), 28.11-2.12.2005 der Realisierung“. von PaDok/D2D“. Vortrag anlässlich des D2D-Workshops der KV Vortrag anlässlich der Anwenderkonferenz D2D WEISS, E. C., LEMOR, R. M.: „Messung der Nordrhein der KV Nordrhein lokalen Schallgeschwindigkeit in einzelnen in Düsseldorf (Nordrhein-Westfalen), in Düsseldorf (Nordrhein-Westfalen), Zellen mittels zeitaufgelöster akustischer 25.01.2005 17.02.2005 Mikroskopie“. Eingeladener Hauptvortrag anlässlich der BRESSER, B., PAUL, V.: „Datensicherheit und PAUL, V., BRESSER, B.: „D2D – Medizinische 69. Jahrestagung der Deutschen Physikalischen Datenschutzzulassung der Mammaakte in Kommunikationsplattform der Modellregion Gesellschaft D2D”. Heilbronn“. in Berlin (Berlin), 04.-09.03.2005 Vortrag anlässlich des D2D-Workshops der KV Eingeladene Präsentation anlässlich der Vorstel- Nordrhein lung der Modellregion Heilbronn zur Einführung WEISS, E. C., PILARCZYK, G., LEMOR, R. M.: in Düsseldorf (Nordrhein-Westfalen), der elektronischen Gesundheitskarte in Baden- „Time-resolved Acoustic Microscopy of Single 12.05.2005 Württemberg Cells”. in Berlin (Berlin), 23.02.2005 Vortrag anlässlich der Focus on Microscopy BRESSER, B., PAUL, V.: „Bedeutung der “Health 2005, Friedrich Schiller University, Jena Professional Card” und der elektronischen PAUL, V., BRESSER, B.: „Informations- in Jena (Thüringen), 20.-23.03.2005 Kommunikation für den freien Ärztestand”. management“. Vortrag anlässlich der Klausurtagung der Ärzte- Eingeladene 20-stünd. Teilvorlesung im Rahmen WEISS, E. C., WEHNER, F., LEMOR, R. M.: kammer Baden-Württemberg des Weiterbildungsstudiums „Betriebswirtschaft „Measuring Cell Volume Regulation with Time- am Titisee (Baden-Württemberg), für Ärzte“ der FH Hannover resolved Acoustic Microscopy”. 20.-21.05.2005 in Hannover (Niedersachsen), 18.-20.03.2005 Acoustical Imaging 28, in San Diego (Kalifornien, USA), 20.-23.03.2005 BRESSER, B., PAUL, V.: „Die Datenstrukturen PAUL, V., BRESSER, B.: „Telemedizin in Deutsch- von PaDok 2.0”. land - Ein Politikum”. Vortrag anlässlich des D2D-Workshops der KV „Telekom-Praxis“, Hausmagazin der Telekom Nordrhein Deutschland, Heft 1/2005 in Düsseldorf (Nordrhein-Westfalen), 30.08.2005

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PAUL, V., BRESSER, B.: „Informations- PAUL, V., BRESSER, B.: „D2D als Diensteplatt- ZIMMERMANN, H.: „Mikrostrukturierte Kryo- management“. form in der Telematik-Infrastruktur der eGK”. banken und Kryotoleranzen – Langzeitkonser- Eingeladene 20-stünd. Teilvorlesung im Rahmen Eingeladene Präsentation anlässlich der Medica vierung von therapeutisch relevanten Zellen“. des Weiterbildungsstudiums „Betriebswirtschaft 2005 Vortrag anlässlich der 1. Jahreshauptversamm- für Ärzte“ der FH Neu-Ulm, 09.04.2005, in Düsseldorf (Nordrhein-Westfalen), lung des „Arbeitskreises Mikrosystemtechnik für 23.04.2005 15.-19.11.2005 die Biologie“ in St. Augustin (Nordrhein-Westfalen), PAUL, V., BRESSER, B.: „D2D als Plattform für PAUL, V., BRESSER, B.: „Große Lösungen oder 21.06.2005 das elektronische Rezept”. moderate Innovation – Ein Beitrag zur Eingeladene Präsentation anlässlich der ITEG Diskussion um den Telematikeinsatz im ZIMMERMANN, H., KATSEN-GLOBA, A., 2005 Gesundheitswesen”. EHRHART, F., REUSS, R., FEILEN, P., SCHNEIDER, in Frankfurt (Hessen), 25.-28.04.2005 Deutsches Ärzteblatt, Heft 13, 882-884, H., SUKHORUKOV, V. L., SCHNEIDER, S., April 2005 ZIMMERMANN, U., WEBER, M. M.: „A New PAUL, V., BRESSER, B.: „D2D – Eine medizini- System for Improved Cryopreservation of sche Kommunikationsplattform”. Multicellular Spheroids“. Präsentation anlässlich des Ärztekongresses Abteilung Kryobiophysik & Kryotechnologie Vortrag anlässlich der 14th International 2005 Conference of Medical Physics in Berlin (Berlin), 08.-11.05.2005 DURST, C. H. P., IHMIG, F. R., BIEL, M., in Nürnberg (Bayern), 14.09.2005 DAFFERTSHOFER, M., ZIMMERMANN, H.: PAUL, V., BRESSER, B.: „eDMP in PaDok – Stand „XML-based Process Management in Cryo- ZIMMERMANN, H.: „Microstructured 2-D-Cryo- der Realisierung”. biotechnology: The ChameleonLab“. banking and Cryotolerance – Long-term Preser- Vortrag anlässlich des D2D-Workshops der KV Vortrag anlässlich der 11th Conference vation of Cells with Therapeutical Relevance”. Nordrhein Business, Technology and Web (BTW2005) Vortrag anlässlich des Kongresses in Düsseldorf (Nordrhein-Westfalen), in Karlsruhe (Baden-Württemberg), 01.03.2005 „Mikrosystemtechnik“ 12.05.2005 in Freiburg (Baden-Württemberg), 12.10.2005 KATSEN-GLOBA, A.: „Cryopreservation of Cells PAUL, V., BRESSER, B.: „Connectivity der cultured on Nano-structured Surfaces“. ZIMMERMANN, H.: „Biomedizinische Anwen- PaDok-Server”. Vortrag anlässlich eines Anwenderseminars der dungen der Galileo-Technologie“. Vortrag anlässlich des D2D-Workshops der KV Firma GeSiM mbH, Nano-Biotechnologie Vortrag anlässlich der Messe „Systems“ im Nordrhein in Dresden (Sachsen), 06.04.2005 Forum Anwendungsvisionen zu Galileo in Düsseldorf (Nordrhein-Westfalen), in München (Bayern), 25.10.2005 30.08.2005 ZIMMERMANN, H.: „Cryobiotechnology – New Markets and Research Fields for Biotechnology DURST, C. H. P., IHMIG, F. R., BIEL, M., PAUL, V., BRESSER, B.: „Realisierung der and Biomedicine”. DAFFERTSHOFER, M., ZIMMERMANN, H.: medizinischen Fallakte in PaDok”. Vortrag anlässlich des Seminars „XML-based Process Management in Cryo-Bio- Vortrag anlässlich des Klausurworkshops der „Nanotechnology“ technology: The ChameleonLab”. Kassenärztlichen Bundesvereinigung in Yokohama (Japan), 21.02.2005 CEUR Workshop Proceedings, 145, 55-64 in Düsseldorf (Nordrhein-Westfalen), (2005) 08.09.2005 ZIMMERMANN, H.: „Technische Voraus- setzungen einer zukunftsfähigen Zelllagerung EHRHART, F., KATSEN-GLOBA, A., REUSS, R., PAUL, V., BRESSER, B.: „Die Konnektoren und mit Bezug zur Mikrosystemtechnik und Nano- FEILEN, P. J., SCHELENZ, S., SUKHORUKOV, V. L., PaDok”. technologie”. ZIMMERMANN, U., WEBER, M. M., Vortrag anlässlich des D2D-Workshops der KV Vortrag anlässlich des Workshops ZIMMERMANN, H.: „Barium-Alginate Micro- Nordrhein „Kryobiotechnologie & Stammzellbanking“ capsule Formation for Regenerative Medicine in Düsseldorf (Nordrhein-Westfalen), in Sulzbach (Saarland), 10.03.2005 validated by High-speed Video“. 15.-16.09.2005 Biomedizinische Technik, 50, 1571-1572 (2005) ZIMMERMANN, H.: „Mikrostrukturierte 2-D- PAUL, V., BRESSER, B.: „D2D – Plattform eines Kryobanken und Toleranzen – Langzeitkonser- IHMIG, F. R., SHIRLEY, S. G., DURST, C. H. P, elektronischen Rezepts”. vierung von therapeutisch relevanten Zellen”. ZIMMERMANN, H.: „Cryogenic Electronic Eingeladene Präsentation anlässlich der Vortrag anlässlich des Abschlussseminars des Memory Infrastructure for Physically Related ExpoPharm 2005 Verbundprojektes „Kryo-MST“ “Continuity of Care Records” of Frozen Cells”. in Köln (Nordrhein-Westfalen), 22.-25.09.2005 in Sulzbach (Saarland), 11.03.2005 akzeptiert zur Publikation 2005

PAUL, V., MOHR, G., BRESSER, B.: „Einsatz von ZIMMERMANN, H.: „Kryobiotechnologie – KATSEN-GLOBA, A.: „Cell Cryopreservation on D2D in Netzen der Integrierten Medizinischen Von der Nanotechnologie zur Großkryobank für Nanostructured Surfaces: Block-Face Scanning Versorgung” Zellen”. Electron Microscopic Method for Studying of Vortrag bei der KV Baden-Württemberg Vortrag anlässlich des Seminars „Bedeutung von the Cell-Substrate Interface“. in Mannheim (Rheinland-Pfalz), 25.10.2005 Proben-/Datenbanken in der Krebsforschung“ Abstract Book des Focus on Microscopy, FOM in Hamburg (Hamburg), 19.05.2005 2005, 212 (2005) PAUL, V.: „Data Protection Issues and Solutions in Non-addressed Messaging Scenarios” KATSEN-GLOBA, A., MALPIQUE, R., EHRHART, Vortrag anlässlich der International Conference F., ALVES, P. M., ZIMMERMANN, H.: „Cryopre- on Advanced Information and Telemedicine servation of Caco-2 Human Colon Cancer Cells Technologies for Health AITTH 2005 in Fraunhofer Micro-Cryosubstrates: SEM and in Minsk (Weißrussland), 8.-10.11.2005 Block-Face-SEM for Study of Cell Differentiation after Thawing”. Paul-Scherrer-Institut, PSI Proceedings 05-01, 193 (2005)

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KATSEN-GLOBA, A., PETER, L., DAFFERTSHO- ZIMMERMANN, H., LAUE, M., PFLÜGER, S., FER, M., PRECKEL, H., SCHMITT, D., PÜTZ, N., ZWANZIG, M., FIEDLER, S., MESTRES, ZIMMERMANN, H.: „A New Method for High- P., KATSEN-GLOBA, A.: „Kryokonservierung von throughput Screening of Cell Spreading on Zellen auf nanostrukturierten Oberflächen“. Non-transparent, Nanostructured Surfaces: Posterbeitrag anlässlich des 2. BMBF-Symposi- Automated Processing of Scanning Electron um Nanobiotechnologie Microscopic Images”. in Hannover (Niedersachsen), 18.-19.10.2005 Paul-Scherrer-Institut, PSI Proceedings 05-01, 45 (2005) WÄHLISCH, F. C., BAIER, C., SALINAS, M., EHRHART, F., GIESE, C., MARX, U., SCHNEIDER, S., FEILEN, P. J., BRUNNENMEIER, F., SUKHORUKOV, V., ZIMMERAMNN, U., MINNEMANN, T., ZIMMERMANN, H., ZIMMERMANN, H.: „Rasterkraftmikroskopische ZIMMERMANN, U., WEBER, M. M.: „Long-term Untersuchungen von Alginat-Schichtsystemen Graft Function of Adult Rat and Human Islets als Matrix für einen künstlichen Lymphknoten“. encapsulated in Novel Alginate-based Microcap- Posterbeitrag anlässlich des 2. BMBF-Symposi- sules after Transplantation in Immunocompetent um Nanobiotechnologie Diabetic Mice“. in Hannover (Niedersachsen), 18.-19.10.2005 Diabetes, 54, 687-693 (2005) ZIMMERMANN, H.: „Kryo-Nanobio- WOLF, R., ZIMMERMANN, D., WEBER, M., technologie“. FEILEN, P.J., EHRHART, F., SALINAS- Posterbeitrag anlässlich der 2. WING-Konferenz JUNGJOHANN, M., KATSEN-GLOBA, A., in Aachen (Nordrhein-Westfalen), BEHRINGER, M., GEßNER, P., PLIEß, L., 09.-11.11.2005 STEINBACH, A., SPITZ, J., VASQUEZ, J. A., SCHNEIDER, S., BAMBERG, E., WEBER, M. M., SUKHORUKOV, V., REUSS, R., GESSNER, P., ZIMMERMANN, U., ZIMMERMANN, H.: STEINBACH, A., KATSEN-GLOBA, A., „Real-time 3-D dark-field Microscopy for the ZIMMERMANN, U., ZIMMERMANN, H. (2005): Validation of the Cross-linking Process of „Biophysical Characterization and Electrofusion Alginate Microcapsules“. of Dendritic Cells in Microstructures“. Biomaterials, 26, 6386-6393 (2005) Posterbeitrag anlässlich der Nanotech 2005 in Montreux (Schweiz), 15.11.2005 ZIMMERMANN, H., LAUE, M., PFLÜGER, S., PÜTZ, N., ZWANZIG, M., FIEDLER, S., MESTRES, P., KATSEN-GLOBA, A.: „Cryopreservation of Arbeitsgruppe Kompetenzzentren Cells cultured on Nanostructured Surfaces Studied Block-Face-SEM in Combination with SCHMIDT, J.: „Fallbeispiele für Kooperationen Freeze-Substitution”. mit dem Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Paul-Scherrer-Institut, PSI Proceedings 05-01, Technik (IBMT) ”. 294 (2005) Vortrag anlässlich der ZPT-Veranstaltung „Neue Geschäftsfelder durch ZIMMERMANN, H., ZIMMERMANN, D., REUSS, patentierte Hochschulinnovationen” R., FEILEN, P. J., MANZ, B., KATSEN-GLOBA, A., in Saarbrücken (Saarland), 20.06.2005 WEBER, .M., IHMIG, F. R., EHRHART, F., GESSNER, P., BEHRINGER, M., STEINBACH, A., WEGNER, L. H., SUKHORUKOV, V. L., VASQUEZ, J. A., SCHNEIDER, S., WEBER, M. M., VOLKE, F., WOLF, R., ZIMMERMANN, U.: „Towards a medically approved Technology for Alginate-based Microcapsules allowing Long-term Immunoisolated Transplantation“. J. Mater. Sci. Mater. Med., 16, 491-501(2005)

WÄHLISCH, F. C., BAIER, C., SALINAS, M., EHRHART, F., GIESE, C., MARX, U., SUKHORUKOV, V., ZIMMERMANN, U., ZIMMERMANN, H.: „Non-contact Scanning of Alginate Sheets in Liquid Environment“. Posterbeitrag anlässlich des 4th International Workshops, Scanning Probe Microscopy in Life Sciences in Berlin (Berlin), 13.10.2005

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Patente

Ehwald, M., Adleff, H., Ehwald, R., Bier, F., Zimmermann, H., Hoffmann, K.-P., Fuhr, G. R. Gajovic-Eichelmann, N. „Fahrzeug-Kommunikationssystem“ „Assay mit osmotisch induzierter Abtrennung Patentanmeldung 10 2005 028 497.3 und Anreicherung hochmolekularer nachzuwei- Prioritätstag 20.06.2005, 05F46369 sender Substanzen und fluidisches Mikrosystem zu seiner Durchführung“ Zimmermann, H., Fuhr, G. R. Patentanmeldung 10 2005 010 096.1 „Vorrichtung und Verfahren zur Optimierung Prioritätstag 04.03.2005, 05F46096 der Gewinnung natürlicher Ressourcen für pharmazeutische Anwendungen“ Fuhr, G. R., Zimmermann, H. Patentanmeldung 10 2005 040 872.9 „Verfahren und Vorrichtung zur Kryo- AT 29.08.2005, 05F46579 konservierung biologischer Proben“ Patentanmeldung 10 2005 031 648.4 AT 06.07.2005, 05F46450

Fuhr, G. R., Jakob, A., Degel, C. „Ultraschallwandler für den Einsatz bei Tiefsttemperaturen“ Patentanmeldung 10 2005 044 880.1 AT 20.09.2005, 05F46131

Gajovic-Eichelmann, N., Michel, D. „Verfahren zur Immobilisierung von Molekülen an Oberflächen mittels weicher Nanopartikel für die Herstellung von Multiparameter-Immun- tests“ Patentanmeldung 10 2005 014 430.6 AT 24.03.2005, 05F46064

Lemor, R., Günther, C., Fuhr, G. R., Jäger, M., Wiklund, M., Hertz, H. „Method and device for acoustic manipulation of particles, cells and viruses” PCT-Patentanmeldung PCT/EP2005/007355 AT 07.07.2005, 05F46422

Volke, F., König, K. „Vorrichtung zur NMR-Untersuchung intrakor- poraler Körperbereiche“ Patentanmeldung 10 2005 034 838.6 AT 26.07.2005, 05F46319

Volke, F., Benecke, M., Manz, B. „Sende- und Empfangsspulenanordnung“ Patentanmeldung 10 2005 034 839.4 AT 26.07.2005, 05F46320

Von Nickisch-Rosenegk, M. „Verfahren zur Konstruktion klonierbarer und spontan selbstorganisierender Halte-Strukturen in Plasmiden für die Immobilisierung an Oberflächen“ Patentanmeldung 10 2005 029 721.8 AT 24.06.2005, 05F46041

Von Nickisch-Rosenegk, M. „Ein rekombinantes und modifiziertes eukaryontisches Membranprotein als Anker extrazellulärer Funktionalitäten“ Patentanmeldung 10 2005 032 055.4 AT 08.07.2005, 05F46039

Von Nickisch-Rosenegk, M., Bier, F., Birringer M. „Ligation synthetischer Zinkfinger-Peptide zu seriellen Bindeproteinen für die spezifische Adressierung doppelsträngiger DNA-Bereiche“ Patentanmeldung EP/05007140.6 AT 01.04.2005, 05F46077

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Impressum

Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik (IBMT) Ensheimer Straße 48 66386 St. Ingbert Telefon: +49 (0) 6894/980-0 Fax: +49 (0) 6894/980-400 [email protected] http://www.ibmt.fraunhofer.de (deutsch/englisch)

Leitung: Prof. Dr. Günter R. Fuhr [email protected]

Marketingleitung Presse- und Öffentlichkeitsarbeit Redaktion: Dipl.-Phys. Annette Eva Maurer Telefon: +49 (0) 6894/980-102 Fax: +49 (0) 6894/980-400 [email protected]

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